The current seismic design code prescribes that coupling beam should be reinforced using diagonally bundled bars. However, the use of a diagonally bundled bars has a negative effect on constructability and economic efficiency. In the present study, the seismic performance of 4 coupling beams with the different details of reinforcement was evaluated through a cyclic reversal loading test. The specimens were constructed to measure the results of the experimental variable regarding the details of shear reinforcement. Next, the seismic performance of the coupled shear wall system evaluated by methods proposed in the FEMA P695. The cyclic reversal loading test results of this study showed that the performance of coupling beams with relaxed reinforcement detail was almost similar to that of a coupling beam with the ACI detail and meet the level which requested from standard. The result of the seismic evaluation showed that all coupling beams are satisfied with the design code and seismic performance.
Coupled shear walls are effective lateral force resisting system in which coupling beams link individual walls. For improving the energy dissipation capacity of coupling beams, diagonal reinforcement details were developed. However, it is difficult to construct diagonal reinforced coupling beams due to the congestion of reinforcement in the beam. For resolving the problem, this study developed precast coupling beams with bundled diagonal reinforcement. To reduce the reinforcement congestion, bundled diagonal reinforcement were placed in the coupling beam. To evaluate the cyclic performance of coupling beams with bundled diagonal reinforcement, experimental test were conducted. For this purpose, two slender specimens with an aspect ratio of 3.5 were made and tested. It was observed that the cyclic performance of the coupling beam with bundled diagonal reinforcement was similar with that of the coupling beam with normal diagonal reinforcement placed according to design code to ACI 318-11.
The "China Zun" tower in Beijing will rise to 528 meters in height and will be the tallest building in Beijing once built. Inspired by an ancient Chinese vessel, the "Zun", the plan dimensions reduce gradually from the bottom of the tower to the waist and then expand again as it rises to form an aesthetically beautiful and unique geometry. To satisfy the structural requirement for seismic and wind resistance, the structure is a dual system composed of a perimeter mega structure made of composite mega columns, mega braces, and belt trusses, and a reinforced-concrete core with steel plate-embedded walls. Advanced parametric design technology is applied to find the most efficient outer-perimeter structure system. The seismic design basically follows a mixed empirical and performance-based methodology that was verified by a shaking table test and other specimen lab tests. The tower is now half-way through its construction.
The usefulness of walls in the structural planning of multistory buildings has long been recognized. When walls are situated in advantageous positions in a buildings, they can be very efficient in resisting lateral load. Specially coupled shear wall system is the primary lateral load resisting system of buildings. It is customary to refer to such walls as being 'coupled' by coupling beams. The coupling beams must exhibit excellent strength, stiffness ductility and energy dissipation capacity. To achieve these demands for steel coupling beam, steel coupling beam with Face Bearing Plate(FBP) embedded in the reinforced concrete walls is proposed. A comprehensive experimental test involving 2 steel coupling beam with and without FBP has been performed. Through experimental study, the evaluation of the advantage of that was establish and proposed the failure mode.
This paper proposes a hybrid heuristic and criteria-based method of optimum design which combines the advantages of both the iterated simulated annealing (SA) algorithm and the rigorously derived optimality criteria (OC) for structural optimum design of reinforced concrete (RC) buildings under multi-load cases based on the current Chinese design codes. The entire optimum design procedure is divided into two parts: strength optimum design and stiffness optimum design. A modified SA with the strategy of adaptive feasible region is proposed to perform the discrete optimization of RC frame structures under the strength constraints. The optimum stiffness design is conducted using OC method with the optimum results of strength optimum design as the lower bounds of member size. The proposed method is integrated into the commercial software packages for building structural design, SATWE, and for finite element analysis, ANSYS, for practical applications. Finally, two practical frame-shear-wall structures (15-story and 30-story) are optimized to illustrate the effectiveness and practicality of the proposed optimum design method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.4
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pp.13-20
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2024
In this study, when subjected to in-plane shear such as a shear wall, the behavior characteristics of a concrete member using CFRP rebars were investigated when the longitudinal reinforcement ratio was kept constant at 2.96% and the transverse reinforcement ratio was changed from 0.30 to 2.98%. The evaluation was conducted based on MCFT theory and analyzed by comparison with the case of concrete members using steel rebars. When the reinforcement ratio ranged from 0.30 to 1.19%, concrete members employing CFRP rebars exhibited higher shear strength compared to those using steel rebars. In contrast, at high reinforcement ratios of 1.79 and 2.98%, it was observed that the shear strength of the member with CFRP rebar was lower compared to the member with steel rebar. Maximum shear strain was observed to be higher for members reinforced with steel rebars at lower reinforcing bar ratios, while for ratios of 0.97% and above, CFRP rebars resulted in higher maximum shear strain. As the reinforcement ratio increases, the use of CFRP rebar instead of steel rebar results in a greater increase in maximum shear strain. By analyzing the difference in strain in the reinforcing bar as well as the difference in principal strain in the element caused by differences in the mechanical properties of the steel rebar and CFRP rebar, the shear strength and shear strain when using steel rebar and CFRP rebar with different reinforcement ratios can be compared and analyzed.
Performance-based reliability analysis is a practical approach to investigate the seismic performance and stochastic nonlinear response of structures considering a random process. This is significant due to the uncertainties involved in every aspect of the analysis. Therefore, the present study aims to evaluate the performance-based reliability within a stochastic finite element (FE) framework for reinforced concrete (RC) shear walls that are considered as one of the most essential elements of structures. To accomplish this purpose, deterministic FE analyses are conducted for both squat and slender shear walls to validate numerical models through experimental results. The presented numerical analysis is performed by using the ABAQUS FE program. Afterwards, a random-effects investigation is carried out to consider the influence of different random variables on the lateral load-top displacement behavior of RC members. Using these results and through utilizing the Monte-Carlo simulation method, stochastic nonlinear analyses are also performed to generate random FE models based on input parameters and their probabilistic distributions. In order to evaluate the reliability of RC walls, failure probabilities and corresponding reliability indices are calculated at life safety and collapse prevention levels of performance as suggested by FEMA 356. Moreover, based on reliability indices, capacity reduction factors are determined subjected to shear for all specimens that are designed according to the ACI 318 Building Code. Obtained results show that the lateral load and the compressive strength of concrete have the highest effects on load-displacement responses compared to those of other random variables. It is also found that the probability of shear failure for the squat wall is slightly lower than that for slender walls. This implies that 𝛽 values are higher in a non-ductile mode of failure. Besides, the reliability of both squat and slender shear walls does not change significantly in the case of varying capacity reduction factors.
Masonry infill walls are unavoidable parts of any building to create a separation between internal space and external environment. In general, there are some prevalent openings in the infill wall due to functional needs, architectural considerations or aesthetic concerns. In current design practice, the strength and stiffness contribution of infill walls is not considered. However, the presence of infill walls may decisively influence the seismic response of structures subjected to earthquake loads and cause a different behavior from that predicted for a bare frame. Furthermore, partial openings in the masonry infill wall are significant parameter affecting the seismic behavior of infilled frames thereby decreasing the lateral stiffness and strength. The possible effects of openings in the infill wall on seismic behavior of RC frames is analytically studied by means of pushover analysis of several bare, partially and fully infilled frames having different bay and story numbers. The stiffness loss due to partial opening is introduced by the stiffness reduction factors which are developed from finite element analysis of frames considering frame-infill interaction. Pushover curves of frames are plotted and the maximum base shear forces, the yield displacement, the yield base shear force coefficient, the displacement demand, interstory drift ratios and the distribution of story shear forces are determined. The comparison of parameters both in terms of seismic demand and capacity indicates that partial openings decisively influences the nonlinear behavior of RC frames and cause a different behavior from that predicted for a bare frame or fully infilled frame.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.1
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pp.81-89
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2015
This study takes shear wall of reinforced concrete structure as study object, and the purpose of this study is to suggest structure BIM based on automatic reinforcing bar placement system applying set-based design through the most optimum reinforcing bar placement group that was selected by applying AHP (analytical hierarchy process) method from design step. For this, the most optimum reinforcing bar placement group was selected by pairwise comparison analysis on complex standard of multiple alternatives. And shear wall automatic reinforcing bar placement system has been developed, which can automatically generate members and arrange reinforcing bar by structure design algorithm and using open API (application programming interface) provided by a BIM software vendor. As a result, the most optimum reinforcing bar placement group of the highest weight, ALT1, was selected and was generated using Tekla Structure program.
Kim, Taewan;Eom, Taesung;Kim, Chul-Goo;Park, Hong-Gun
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.4
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pp.171-180
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2014
Since the execution of structural design by professional structural engineers is not mandatory for small-size buildings in Korea, structural design is conducted by architects or contractors resulting in concern about the seismic safety of the buildings. Therefore, the Korean Structural Engineers Association proposed dedicated structural design criteria in 2012. The criteria were developed based on a deterministic approach in which the structural members are designed only with information of story and span length of the buildings and without structural analyses. However, due to the short time devoted to their development, these criteria miss satisfactory basis and do not deal with structural walls popularly used in Korea. Accordingly, the Ministry of Land, Infrastructure and Transport launched a research on the 'development of structural performance enhancement technologies for small-size buildings against earthquakes and climate changes'.. As part of this research, this paper intends to establish direction for the preparation of deterministic structural design guidelines for seismic safety of domestic small-size reinforced concrete buildings. To that goal, a typical plan of these buildings is selected considering frames only and frames plus walls, and then design is conducted by changing the number of stories and span length. Next, the seismic performance is analyzed by nonlinear static pushover analysis. The results show that the structural design guidelines should be developed by classifying frames only and frames plus walls. The size and reinforcement of structural elements should be provided in the middle level of the current Korean Building Code and criteria for small buildings by considering story and span length for buildings with frames only, and determined by considering the shape and location of walls and the story and span length as well for buildings with frames plus walls. It is recommended that the design of walls should be conducted by reducing the amount of walls along with symmetrically located walls.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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