ارزیابی تحلیلی عملکرد لرزه‌ای دیوارهای برشی مختلط همبند-پُر شده با بتن، با تیرهای پیوند خمش و برش-کنترل

فرهنگیان, حامد; میرقادری, سید رسول; خان‌محمدی, محمد

doi:10.22034/jss.2026.581459.1035

ارزیابی تحلیلی عملکرد لرزه‌ای دیوارهای برشی مختلط همبند-پُر شده با بتن، با تیرهای پیوند خمش و برش-کنترل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

حامد فرهنگیان ¹

سید رسول میرقادری ²

محمد خان‌محمدی ¹

¹ مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران

² استاد دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران

10.22034/jss.2026.581459.1035

چکیده

زمینة پژوهش: یکی از سیستم‌های سازه‌ای که در دو دهۀ اخیر مورد توجه محققان و مهندسان قرار گرفته، سیستم دیوار برشی مختلط-پُرشده با بتن است. در سازه‌های بلندمرتبه غالباً با توجه به نیازهای سازه‌ای از هسته‌های دیوار برشی استفاده می‌شود که به‌منظور جانمایی بازشو، نیاز به همبندنمودن دیوارها با تیرهای پیوند، اجتناب‌ناپذیر است. در ادبیات فنی اغلب، مطالعات بر روی دیوارهای مختلطِ منفرد بوده و مطالعات بسیار محدودی بر روی دیوارهای مختلط همبند و تیرهای پیوند انجام شده است؛ لذا نیاز به مطالعات بیش‎تر در این زمینه کاملاً محسوس است. تیرهای پیوند نیز بسته به مشخصات ابعادی ممکن است از نوع خمش- یا برش-کنترل باشند که هر یک از آن‌ها می‌تواند بر رفتار کلی سیستم سازه‌ای تأثیرگذار باشد.
روش پژوهش: در مطالعۀ حاضر، رفتار و عملکرد دیوارهای برشی مختلط همبند-پُرشده با بتن با تیرهای فولادی خمش-کنترل و برش-کنترل ازنظر سختی، مقاومت و شکل‌پذیری بررسی می‌شود. همچنین تأثیر نوع تیرهای پیوند بر عملکرد و رفتار سیستم‌های دیوار برشی مختلط همبند-پرشده با بتن بررسی می‌شود. برای این منظور مدل‎سازی غیرخطی در نرم‌افزار OpenSees انجام شده و نتایج آن با نتایج مطالعات آزمایشگاهی در ادبیات فنی صحت‌سنجی می‌شود.
یافته‌ها: نتایج نشان می‌دهد نوع تیر پیوند ازنظر خمش-کنترل یا برش-کنترل، بر پارامترهای اصلی سیستم سازه‌ای شامل سختی، مقاومت و شکل‌پذیری تأثیر قابل‎توجهی دارد. در سازه‌های مطالعه‎شده، بیشینۀ مقاومت سیستم دیوار مختلط با تیرهای پیوند برش-کنترل نسبت به خمش-کنترل، ۳۳ تا ۳۵ درصد بیش‎تر است.
نتیجه‌گیری: نتایج نشان می‌دهد توزیع جابه‎جایی نسبی در سازه‌های دیوار برشی همبند، رفتاری مابین دیوار منفرد و قاب خمشی دارد؛ به‌طوری‎که با همبندنمودن دیوارها، رفتار آن‌ها از حالت طره‌ای خارج شده و به سمت رفتار قاب، متمایل می‌شود. لذا بیشینۀ جابه‎جایی نسبی بر خلاف سیستم دیوار برشی منفرد که در بالاترین طبقه ایجاد می‌شود، به طبقات میانی منتقل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

دیوار برشی کامپوزیت با دو ورق

تیر پیوند

تیر خمش-کنترل

تیر برش-کنترل

تحلیل استاتیکی غیرخطی

موضوعات

سازه‌های مختلط (مرکب)

عنوان مقاله English

Seismic Performance of Coupled Composite Plate Shear Walls-Concrete Filled with Flexure- and Shear-Controlled Link Beams: An Analytical Evaluation

نویسندگان English

Hamed Farhangian ¹

Seyed Rasoul Mirghaderi ²

Mohammad Khanmohammadi ¹

¹ School of Civil Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran

² Professor at the College of Engineering, University of Tehran

چکیده English

Background: One of the structural systems that has attracted significant attention from researchers and engineers over the past two decades is the composite plate shear wall-concrete filled (C-PSW/CF) system. In high-rise buildings, shear wall cores are commonly employed to meet structural demands; however, the presence of openings necessitates coupling the walls using coupling beams. In the existing literature, most studies have focused on isolated C-PSWs/CF, whereas only limited research has been conducted on coupled C-PSWs/CF and link beams. Therefore, the need for further investigation in this area is clearly evident. Depending on their geometric characteristics, link beams may exhibit either flexure- or shear-controlled behavior.
Methods: In the present study, the behavior and performance of coupled C-PSWs/CF are investigated in terms of stiffness, strength, and ductility. The influence of link beam type on the structural response and performance of the system is also examined. To this end, nonlinear modeling is conducted using OpenSees.
Results: The type of coupling beam has a significant effect on the key structural parameters, including stiffness, strength, and ductility. In the structures studied, the maximum strength of the composite wall system with shear-controlled coupling beams was 33–35% higher than that with flexure-controlled coupling beams.
Conclusion: The distribution of story drift in coupled walls exhibits behavior intermediate between that of isolated walls and moment-resisting frames. Specifically, coupling the walls alters their response from cantilever action toward frame-like behavior, resulting in the maximum story drift shifting from the top stories to the mid-height levels.

کلیدواژه‌ها English

Double Skin Composite Shear Wall

Coupling Beam

Flexure-Controlled Beam

Shear-Controlled Beam

Nonlinear Static Analysis

[1] Farhangian, H., Ghazanfari, N., Ghasemzadeh, F., and Shekarchi, M. (2024), "Long-term Flexural Performance of Concrete Beams with Different Pozzolanic Materials: Experimental and Analytical Study", Journal of Structural Integrity & Maintenance, 9(1), pp.2254990.

[2] Choi, B.J., Kang, C.K., and Park, H.Y. (2014), "Strength and Behavior of Steel Plate–concrete Wall Structures Using Ordinary and Eco-oriented Cement Concrete Under Axial Compression", Thin-Walled Structures, 84, pp.313-324.

[3] Astaneh-Asl, A. (2002), "Seismic Behavior and Design of Composite Steel Plate Shear Walls", Moraga, CA, USA: Structural Steel Educational Council, pp.7-8.

[4] Shakib, H., Dardaei, S., Farhangian, H., and Torkanbouri, N.E. (2022), "Seismological Aspects and Seismic Behavior of Buildings During the M 7.3 Western Iran Earthquake in Sarpol-e-Zahab Region", Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 46(4), pp.3063-3079.

[5] Kaneuji, A., Okuda, Y., Hara, K., and Masumoto, H. (1989), "Feasibility Study of Concrete Filled Steel (SC) Structure for Reactor Building", In Transactions of the 10th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology, pp.67-72.

[6] Wu, Y., Zhou, Q., Su, Y., and Wang, B. (2017), "Seismic Design Method and Experimental Study of Composite Steel Plate-concrete Coupled Shear Wall Systems", Journal of Building Structures 38, pp.58-65.

[7] Farhangian, H., Mirghaderi, S.R., and Khanmohammadi, M. (2022), "Investigation of Single and Coupled Composite Plate Shear Walls-Concrete Filled Systems", 14th International Congress on Civil Engineering, Sharif University of Technology. (In Persian)

[8] Chen, L., Mahmoud, H., Tong, S.M., and Zhou, Y. (2015), "Seismic Behavior of Double Steel Plate–HSC Composite Walls", Engineering Structures, 102, pp.1-12.

[9] Bruneau M, Varma A.H., Kizilarslan E., Broberg M., Shafaei S., and Seo, J. (2019), "R-Factors for Coupled Composite Plate Shear Walls/Concrete Filled (CC-PSW/CF)", Charles Pankow Foundation, McLean, Virginia, pp.419.

[10] Kizilarslan, E., Broberg, M., Shafaei, S., Varma, A.H., and Bruneau, M. (2021), "Seismic Design Coefficients and Factors for Coupled Composite Plate Shear Walls/Concrete Filled (CC-PSW/CF)", Engineering Structures, 244, pp.112766.

[11] ASCE/SEI 7-22, (2022), Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures, American Society of Civil Engineers.

[12] AISC 341-22, (2022), Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction.

[13] Nie, J.G., Hu, H.S., and Eatherton, M.R. (2014), "Concrete Filled Steel Plate Composite Coupling Beams: Experimental Study", Journal of Constructional Steel Research, 94, pp.49-63.

[14] Standard 2800 (2015), “Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings (4th edition)”, Road, Housing and Urban Development Research Center. (in Persian)

[15] ANSI/AISC 360-22, (2022), Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction.

[16] Sherif, E., Fortney, P., Harries, K., Shahrooz, B., Kurama, Y., Hassan, M., and Tong, X. (2009), "Recommendations for Seismic Design of Hybrid Coupled Wall Systems", American Society of Civil Engineers.

[17] Kizilarslan, E., Morgan B., Shafaei, S., Varma, A.H., and Bruneau, M. (2021), "Non-Linear Analysis Models for Composite Plate Shear Walls-Concrete Filled (C-PSW/CF)", Journal of Constructional Steel Research, 184, pp.106803.

[18] ANSI/AISC 342-22, (2022), Seismic Provisions for Evaluation and Retrofit of Existing Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction.

[19] Kunnath, S.K., Heo, Y., and Mohle, J.F. (2009), "Nonlinear Uniaxial Material Model for Reinforcing Steel Bars", Journal of Structural Engineering, 135(4), pp.335-343.

[20] Nie, J.G., Hong-Song H., Jian-Sheng F., Mu-Xuan T., Sheng-Yong L., and Fu-Jun L. (2013), "Experimental Study on Seismic Behavior of High-Strength Concrete Filled Double-Steel-Plate Composite Walls", Journal of Constructional Steel Research, 88, pp.206-219.