Resumen:
Torsional response in reinforced-concrete moment-resisting frame buildings with Type 1 plan irregularity is associated with eccentricities between the center of mass and the center of rigidity, which increases drifts in perimeter frames and rotations under seismic loading—an effect that can be observed in the system’s vibration modes. This research aims to modify the fundamental vibration modes of two reinforced-concrete frame structures with Type 1 plan irregularity in order to improve their structural behavior under seismic actions by means of an optimization algorithm based on modal analysis. The hypothesis is that a localized redistribution of stiffness in the seismic-force-resisting system, aimed at reducing static eccentricity, decreases torsional response and promotes dominant translational modes, while also improving the efficiency of structural sizing. To this end, two buildings were modeled and their initial dynamic behavior was characterized through modal analysis. Subsequently, an optimization procedure was implemented to locally adjust the stiffness of vertical elements, using Particle Swarm Optimization (PSO) and evaluating structural parameters in accordance with applicable code-based criteria. As a result, reductions in static eccentricity and torsion-related indicators were achieved, together with changes in modal participation, with translational effective modal mass predominating in the main modes, demonstrating improved overall response to seismic loading compared with the original models. In conclusion, modal-analysis-based optimization makes it possible to control torsional effects through the strategic stiffening of vertical elements and, consequently, the adjustment of dominant modes, contributing to a more favorable seismic response without requiring generalized increases in member sizes, making it a useful alternative for tuning dynamic behavior at the design or assessment stage.
Keywords: seismic torsion; modal analysis; eccentricity; Particle Swarm Optimization (PSO); plan irregularity.
Descripción:
La respuesta torsional en edificaciones aporticados de hormigón armado con
irregularidad en planta tipo 1 se asocia a excentricidades entre el centro de masa y el
centro de rigidez, lo que genera incremento de derivas en pórticos extremos y
rotaciones bajo acción sísmica, condición que puede evidenciarse en los modos de
vibración del sistema. En esta investigación se tiene como objetivo modificar los modos
de vibración fundamentales en dos estructuras aporticadas de hormigón armado con
irregularidad en planta tipo 1, con el fin de mejorar su comportamiento estructural ante
cargas sísmicas mediante un algoritmo de optimización basado en análisis modal. Se
plantea como hipótesis que una redistribución localizada de rigideces en el sistema de
resistencia sísmica, orientada a reducir la excentricidad estática, disminuye la
respuesta torsional y favorece modos dominantes traslacionales, aportando además a
la eficiencia del dimensionamiento estructural. Para ello, se modelaron dos
edificaciones y se caracterizó su comportamiento dinámico inicial mediante análisis
modal. Posteriormente, se implementó un procedimiento de optimización que ajustó
de forma localizada la rigidez de elementos verticales, empleando Optimización por
Enjambre de Partículas (PSO) y evaluando parámetros estructurales conforme a los
criterios normativos aplicables. Como resultado, se obtuvieron reducciones de la
excentricidad estática y de indicadores asociados a la torsión, junto con una
modificación de participación modal, con predominio de las masas participativas
traslacionales en los modos principales, evidenciándose mejoras en la respuesta
global frente a cargas sísmicas en comparación con los modelos originales. En
conclusión, la optimización basada en análisis modal permite controlar el efecto
torsional mediante la rigidización estratégica de los elementos verticales y, por ende,
el ajuste de sus modos predominantes, contribuyendo a una respuesta sísmica más
favorable sin requerir incrementos generalizados de secciones, lo que la convierte en
una alternativa útil para el ajuste del comportamiento dinámico en etapa de diseño o
evaluación