Seismic design of innovative hybrid coupled shear walls (HCSW)

In the last decades of the last Century hybrid steel and concrete systems have been the subject of numerous studies by the international scientific community. The possibility of coupling, in distinct resistant elements materials with different and complementary properties has captivated the attention of a lot of designers. All the studies have highlighted the enormous potential of such systems, not yet widely found in the most famous international codes. This work, starting from the study of the state of the art for these systems, which incorporates structural configurations also very different from each other, want to present an innovative system, defined by the acronym HCSW (Hybrid Coupled Shear Walls). In the examined structural case, the hybrid behaviour is expressed on two levels: the system deputy to face the gravitational loads is constituted by a series of plane steel frames, while the seismic action is entirely entrusted to a hybrid bracing system, constituted by a reinforced concrete wall and steel links. The choice to use the term “link” to define the steel beams connecting the reinforced concrete wall and the adjacent frame system, is related to the study of eccentrically braced steel systems, similar to the light of many points of contact that will be highlighted from time to time in the discussion. The design of the link is at the heart of the discussion and is carried out by two approaches, in the first one, defined “elastic-oriented”, the designer controls what happens in the elastic range, in the second one defined “plastic oriented”: starting from a boundary condition, the project takes place in the plastic range. The linear and non-linear analysis, static and dynamic, will be carried out on a simple case study, which allows an immediate interpretation of the results.

Negli ultimi decenni del Secolo scorso i sistemi ibridi acciaio calcestruzzo sono stati oggetto di numerosi studi da parte della comunità scientifica internazionale. La possibilità di accoppiare, in elementi resistenti distinti, materiali con caratteristiche così differenti e complementari ha affascinato numerosi progettisti. Gli studi, le sperimentazioni eseguite e le realizzazioni presenti hanno messo in luce le enormi potenzialità di tali sistemi, ancora non diffusamente presenti nei più famosi codici internazionali. Tale lavoro, partendo dallo studio dello stato dell’arte di questi sistemi, che ingloba configurazioni strutturali anche molto differenti tra loro, vuole presentare un sistema ibrido a carattere fortemente innovativo, definito attraverso l’acronimo HCSW (Hybrid Coupled Shear Walls). Nei sistemi in esame il concetto di ibrido si esplica su un duplice livello: il sistema deputato a fronteggiare i carichi statici è costituito da una serie di telai piani in acciaio, mentre l’azione sismica è interamente affidata ad un sistema di controvento ibrido costituito da un setto in cemento armato che fornisce resistenza e rigidezza e da link in acciaio sui quali si concentra la richiesta di plsticità. La scelta di usare per questi elementi il termine “link” deriva dallo studio dei controventi eccentrici in acciaio, alla luce dei numerosi punti di contatto con questi sistemi che nel corso della trattazione verranno di volta in volta evidenziati. La progettazione dei link costituisce il cuore della trattazione ed è svolta seguendo due approcci, uno di tipo “elastic-oriented” che controlla ciò che succede in campo elastico e uno “plastic oriented” che, partendo da una condizione limite, svolge il progetto in campo plastico. Le analisi lineari e non lineari, statiche e dinamiche, sono svolte su un caso studio semplice, che consente un’immediata interpretazione dei risultati ottenuti.