This study explores the use of advanced concrete types to improve the performance of composite steel shear walls (CSPSWs), particularly in delaying cracking and failure. A two-phase approach is implemented. Phase I utilizes non-linear finite element analysis and Gene Expression Programming to develop a novel method for determining the minimum concrete thickness required in CSPSWs. Phase II investigates the effect of concrete type, opening area, and location on the behavior of CSPSWs with openings. The results demonstrate that ultra-high performance concrete (UHPFRC) significantly reduces out-of-plane displacement and tensile cracking compared to normal concrete. Additionally, the study reveals a strong correlation between opening position and load-bearing capacity, with position L3 exhibiting the greatest reduction as opening size increases. Finally, UHPFRC's superior energy dissipation translatesto a higher equivalent viscous damping coefficient.
With the current rapid changes in population and technology, the long-lastig housing certification system is a means of prolonging the physical and functional lifespan of a building. The certification requires differentiation between the structure and infill elements to allow for variability and ease of repairs. This works well with prefabricated houses so this study investigated the possibility of applying the long-lastig housing certification requirements to apartment construction using off-site construction (OSC) methods focused on the installation of bathrooms (plumbing and toilet) that differ from the traditional wet method. This study examined three different sized floor plans at 22 m2, 46 m2, and a combined one resulting in 69 m2. The larger 69 m2 plan utilized a removeable non-load bearing wall to increase flexibility in the layout of the floorplan. The apartments are constructed of steel reinforced concrete composite columns on a 9 m × 10.5 m grid with integrated slabs. The exterior and interior infill walls are all non-load bearing with some containing plumbing. This separation of the structure and infill walls can help meet some of the criteria in the long-lastig housing certification, particularly with the ease of repairs. Technologies that facilitate the replacement of infill elements that contain plumbing and other building services can benefit the nation by reducing carbon emissions and therefore tax incentives should be introduced to increase the adoption of the proposed construction methods.
Shear walls are one of the important structural elements for bearing loads imposed on buildings due to winds and earthquakes. Composite shear walls with high lateral resistance, and high energy dissipation capacity are considered as a lateral load system in such buildings. In this paper, a composite shear wall consisting of steel faceplates, infill concrete and tie bars which tied steel faceplates together, and concrete filled steel tubular (CFST) as boundary columns, was modeled numerically. Test results were compared with the existing experimental results in order to validate the proposed numerical model. Then, the effects of some parameters on the behavior of the composite shear wall were studied; so, the diameter and spacing of tie bars, thickness and compressive strength of infill concrete, thickness of steel faceplates, and the effect of strengthening the bottom region of the wall were considered. The seismic behavior of the modeled composite shear wall was evaluated in terms of stiffness, ductility, lateral strength, and energy dissipation capacity. The results of the study showed that the diameter of tie bars had a trivial effect on the performance of the composite shear wall, but increasing the tie bars spacing decreased ductility. Studying the effect of infill concrete thickness, concrete compressive strength, and thickness of steel faceplates also showed that the main role of infill concrete was to prevent buckling of steel faceplates. Also, by strengthening the bottom region of the wall, as long as the strengthened part did not provide a support performance for the upper part, the behavior of the composite shear wall was improved; otherwise, ductility of the wall could be reduced severely.
The effects of the vertical component of a ground motion on the earthquake performances of semi-ductile high-rise R/C structures were investigated in the present study. Linear and non-linear time-history analyses were conducted on an existing in-service R/C building for the loading scenarios including and excluding the vertical component of the ground motion. The ratio of the vertical peak acceleration to the horizontal peak acceleration (V/H) of the ground motion was adopted as the main parameter of the study. Three different near-source earthquake records with varying V/H ratio were used in the analyses. The linear time-history analyses indicated that the incorporation of the vertical component of a ground motion into analyses greatly influences the vertical deflections of a structure and the overturning moments at its base. The lateral deflections, the angles of rotation and the base shear forces were influenced to a lesser extent. Considering the key indicators of vertical deflection and overturning moments determined from the linear time-history analysis, the non-linear analyses revealed that the changes in the forces and deformations of the structure with the inclusion of the vertical ground motion are resisted by the shear-walls. The performances and damage states of the beams were not affected by the vertical ground motion. The vertical ground motion component of earthquakes is markedly concluded to be considered for design and damage estimation of the vertical load-bearing elements of the shear-walls and columns.
Framed masonry wall structures represent a typical high-rise structural system that are also seismically vulnerable. During ground motions, they are excited in both in-plane and out-of-plane terms. The interaction between the frame and the infill during ground motion is a highly investigated phenomenon in the field of seismic engineering. This paper presents a numerical investigation of two distinct static out-of-plane loading methods for framed masonry wall models. The first and most common method is uniformly loaded infill. The load is generally induced by the airbag. The other method is similar to in-plane push-over method, involves loading of the frame directly, not the infill. Consequently, different openings with the same areas and various placements were examined. The numerical model is based on calibrated in-plane bare frame models and on calibrated wall models subjected to OoP bending. Both methods produced widely divergent results in terms of load bearing capabilities, failure modes, damage states etc. Summarily, uniform load on the panel causes more damage to the infill than to the frame; openings do influence structures behavior; three hinged arching action is developed; and greater resistance and deformations are obtained in comparison to the frame loading method. Loading the frame causes the infill to bear significantly greater damage than the infill; infill and openings only influence the behavior after reaching the peak load; infill does not influence initial stiffness; models with opening fail at same inter-storey drift ratio as the bare frame model.
Profiled composite slab has been widely used in civil engineering due to its structural merits. The extension of this concept to the bearing wall forms the profiled composite wall, which consists of two external profiled steel plates and infill concrete. This paper investigates the structural behavior of this type of wall under axial compression. A series of compression tests on profiled composite walls consisting of varied types of profiled steel plate and edge confinement have been carried out. The test results are evaluated in terms of failure modes, load-axial displacement curves, strength index, ductility ratio, and load-strain response. It is found that the type of profiled steel plate has influence on the axial capacity and strength index, while edge confinement affects the failure mode and ductility. The test data are compared with the predictions by modern codes such as AISC 360, BS EN 1994-1-1, and CECS 159. It shows that BS EN 1994-1-1 and CECS 159 significantly overestimate the actual compressive capacity of profiled composite walls, while AISC 360 offers reasonable predictions. A method is then proposed, which takes into account the local buckling of profiled steel plates and the reduction in the concrete resistance due to profiling. The predictions show good correlation with the test results.
Steel plate shear walls (SPSWs) are one of the most important and widely used lateral load-bearing systems. The reason for this is easier execution than reinforced concrete (RC) shear walls, faster construction time, and lower final weight of the structure. However, the main drawback of SPSWs is premature buckling in low drift ratios, which affects the energy absorption capacity and global performance of the system. To address this problem, two groups of SPSWs under cyclic loading were investigated using the finite element method (FEM). In the first group, several series of circular rings have been used and in the second group, a new type of SPSW with concentric circular rings (CCRs) has been introduced. Numerous parameters include in yield stress of steel plate wall materials, steel panel thickness, and ring width were considered in nonlinear static analysis. At first, a three-dimensional (3D) numerical model was validated using three sets of laboratory SPSWs and the difference in results between numerical models and experimental specimens was less than 5% in all cases. The results of numerical models revealed that the full SPSW undergoes shear buckling at a drift ratio of 0.2% and its hysteresis behavior has a pinching in the middle part of load-drift ratio curve. Whereas, in the two categories of proposed SPSWs, the hysteresis behavior is complete and stable, and in most cases no capacity degradation of up to 6% drift ratio has been observed. Also, in most numerical models, the tangential stiffness remains almost constant in each cycle. Finally, for the innovative SPSW, a relationship was suggested to determine the shear capacity of the proposed steel wall relative to the wall slenderness coefficient.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2021.11a
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pp.125-126
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2021
In order to improve the housing culture, construction changes for the utilization of diverse and multifunctional spaces are appearing in response to the increasing diverse needs of consumers. Cellular Light-weight Concrete (CLC) is being developed for use in fire-resistant heat-insulating walls and non-bearing walls. However, manufacturing non-uniformity has become a problem as a drawback due to the use of foamed bubbles and normal temperature curing, and additional research is required. Therefore, in order to suppress cracks due to drying shrinkage, silica sand is mixed with CLC to try to understand its characteristics. In the experiment, the compressive strength from 7 to 28 days of age was measured via a constant temperature and humidity chamber, and the drying shrinkage was analyzed according to each condition using a strain gauge. The compressive strength of matrix tends to decrease as the substitution rate of silica sand increases. This is judged by the result derived from the fact that the specific surface area of silica sand is smaller than that of slag. Based on KS F 2701 (ALC block), the compressive strength of 0.6 products is 4.9 MPa or more as a guide, so the maximum replacement rate of silica sand that satisfies this can be seen at 60%. Looking at the change in drying shrinkage for just 7 days, the shrinkage due to temperature change and drying is 0.7 mm, and the possibility of cracking due to shrinkage can be seen, and it seems that continuous improvement and supplementation are needed in the future.
In this paper, cyclic loading test was performed to evaluate the seismic performance of the steel coupling beam and RC shear wall. The test parameter was reinforcement detail of the shear wall. For the shear wall which was designed in accordance with the current design codes, a premature bearing failure occurred at the face of the wall. On the other hand, the bearing failure of walls was prevented due to the new type of reinforcement details. Test results indicated that the vertical reinforcements were more affected to the shear strength of the coupled shear wall than the horizontal reinforcement. Based on the failure mode, concrete stress distribution above and below flanges of the embedded steel beam was proposed. Assuming proposed concrete stress distribution, load resistance was predicted and it was agree well with test data.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.14
no.3
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pp.33-41
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2013
This study used TRIZ methodology to develop a new steel stud for load bearing or non-load bearing walls. Technical contradiction of high strength with high insulation performance can be solved by TRIZ. We suppose a new shape of high-strength insulated (HSI) Stud. This study showed TRIZ can be usefully applied to the development of new construction materials by solving technical contradictions. Insulation performance of HSI stud can be improved approximately 12% compared to the standard KS stud. Although up to 3.9% of the flexural strength degradation is expected, compressive strength of HSI studs are improved from 4.1% to 8%. In conclusion, improved thermal performance and higher strength can be expected for the HSI stud developed using TRIZ.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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