Seismic Performance of L-Shaped Composite Shear Walls in Supertall Buildings

 09/12/25-FR-English-NL-footer

Quand les gratte-ciel s’élèvent, les murs doivent apprendre à danser : la performance sismique des voiles en L des supertours

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À mesure que les villes rivalisent de hauteur et que les supertours redessinent les horizons du monde, une question obsède les ingénieurs : comment faire vibrer ces géants sans qu’ils ne chancellent ?
Au cœur de ces colosses verticaux, les murs de refend en forme de L supportent des charges vertigineuses. Leur rôle est vital, mais les solutions classiques en béton armé montrent leurs limites : sections trop massives, contraintes de chantier, perte d’espace utile… Comme si les géants du ciel réclamaient désormais une structure plus fine, plus intelligente, plus résiliente.

C’est dans ce contexte que les ingénieurs se tournent de plus en plus vers des solutions hybrides, mêlant béton haute performance et profils d’acier soigneusement encastrés. Un mariage de force brute et de précision métallurgique. Pourtant, si les voiles rectangulaires ont été disséqués dans tous les sens, les voiles en L — pourtant omniprésents dans les noyaux centraux — demeuraient dans l’ombre, surtout lorsqu’il s’agit de comprendre leur comportement sismique sous forte compression et sollicitations multidirectionnelles.

Un nouveau programme de recherche ambitieux vient changer la donne.

Une alliance de chercheurs pour faire parler les murs

Dans un effort conjoint rare, l’Université Tongji, l’Université de Shanghai, le North Bund New Landmark Construction & Development et l’East China Architectural Design and Research Institute se sont unis pour mener une étude inédite :
l’"Experimental Study on Seismic Behavior of L-shaped Section Steel Reinforced High-strength Concrete Shear Walls for Core Tube of Super-tall Buildings".

Un titre long… pour une percée scientifique majeure.
Signée par Qiang Zhang, Bin Zhao, Linyuan Ma, Xilin Lu, Xiangyong Ni, Kun Ding et Jianlong Zhou, et publiée dans le Journal of Earthquake Engineering, cette étude constitue l’un des examens les plus complets jamais réalisés sur ces voiles composites en L.

Quand la terre tremble à 45 degrés

Les chercheurs ont conçu quatre spécimens de voiles composites LSRHCW, chacun variant par ses dimensions, son dosage en acier, et la résistance de son béton. Tous ont été soumis à un niveau de compression extrême (n = 0,5), fidèle à celui que subissent les murs situés à la base des supertours.

Mais l’audace réside surtout dans le choix de l’excitation horizontale :
une charge cyclique appliquée à 45°, loin des axes principaux.
Une façon de recréer la réalité chaotique d’un séisme, qui n’arrive jamais « dans l’alignement ».

Les murs ont été minutieusement observés : fissuration, dégradation, hystérésis, perte de raideur, dissipation d’énergie… Chaque craquement, chaque déformation racontait une partie de leur histoire.

Là où la matière cède : ce que les murs ont révélé

Sous la charge implacable, tous les spécimens ont finalement succombé à un mode de rupture flexion–cisaillement, dominé par l’écrasement du béton.
Mais la manière de céder révélait des nuances fascinantes :

Le coin interne, là où les deux branches du L se rencontrent, était systématiquement le premier à souffrir, zone de tourments structurels extrêmes.

L’extrémité libre, plus exposée, se révélait étonnamment moins endommagée que prévu… sauf lorsque la charge venait à 45°, où les deux extrémités subissaient des écrasements marqués.

Une danse très différente de celle observée dans les voiles rectangulaires.
Le voile en L, lui, travaille en torsion, en flexion croisée, en interaction subtile entre ses deux ailes — une chorégraphie complexe dont les chercheurs ont enfin capté les mouvements.

Des murs capables d’encaisser, d’absorber, de survivre

Malgré la brutalité imposée, les quatre voiles ont montré une remarquable capacité de déformation.
Leur drift maximal a atteint 3,03 %, un niveau tout à fait compatible avec les exigences des supertours en zone sismique.

Les boucles hystérétiques, pleines et régulières, témoignent d’une excellente capacité de dissipation d’énergie — l’une des armes les plus précieuses contre les séismes, ces vagues qui cherchent à faire vibrer les bâtiments jusqu’à la rupture.

Quand l’acier et le béton apprennent à faire mieux avec moins

Une conclusion surprenante a émergé : varier la résistance du béton et la quantité d’acier modifiait peu les performances globales.
Autrement dit, un béton plus fort peut partiellement compenser une réduction d’acier, sans sacrifier la résistance ni la ductilité.

Pour les concepteurs, cela ouvre des perspectives séduisantes : murs plus fins, moins coûteux, plus durables, tout en restant sûrs.

Un pas de plus vers les supertours de demain

Bien que nées en laboratoire, ces observations ont des implications très concrètes pour les gratte-ciel du futur.
Les voiles en L structurent les noyaux de la plupart des supertall buildings, influençant à la fois leur stabilité et leur utilisation intérieure.

Cette étude montre qu’en maîtrisant mieux leurs comportements sismiques — notamment sous chargements multidirectionnels — les ingénieurs peuvent :

optimiser les quantités de matériaux,

réduire l’encombrement des noyaux,

améliorer la constructibilité,

et accroître la surface exploitable des étages.

Elle rappelle aussi que le séisme n’arrive jamais « dans l’axe », et que les modèles doivent refléter cette réalité.

Vers une nouvelle génération de murs composites

Cette recherche s’inscrit dans un mouvement mondial qui cherche à réinventer les systèmes de parois composites :
acier profilé, béton ultra-haute performance, renforts innovants… autant d’armes pour rendre les géants de demain plus sûrs, plus sveltes, plus durables.

Dans un monde où les séismes frappent là où les tours grandissent le plus — en Asie, au Moyen-Orient — cette quête est plus que jamais essentielle.

Conclusion : quand la science guide les géants

L’étude fournit une référence précieuse pour les ingénieurs chargés de concevoir les supertours du XXIᵉ siècle. Elle éclaire un type de mur encore peu exploré et offre des pistes pour une ingénierie plus fine, plus efficiente.

Les chapitres futurs pourraient explorer des prototypes à grande échelle, l’effet de dizaines de milliers de cycles, ou l’intégration de nouveaux dispositifs d’amortissement.
Mais dès aujourd’hui, cette recherche enrichit la compréhension collective des murs composites en L — ces gardiens discrets qui permettent aux géants de toucher le ciel sans craindre la colère de la terre.
NJC.© Info Journal of Earthquake Engineering.

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 09/12/25-English

When skyscrapers rise, walls must learn to dance: the seismic performance of L-shaped shear walls in supertowers

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As cities compete in height and supertowers redraw the world's horizons, one question obsesses engineers: how to make these giants vibrate without them tottering?
At the heart of these vertical colossi, L-shaped shear walls bear dizzying loads. Their role is vital, but traditional reinforced concrete solutions are showing their limitations: overly massive sections, construction constraints, loss of usable space… As if the giants of the sky now demand a thinner, smarter, more resilient structure.

It is in this context that engineers are increasingly turning to hybrid solutions, combining high-performance concrete and carefully embedded steel profiles. A marriage of brute strength and metallurgical precision. Yet, while rectangular shear walls have been dissected in every possible way, L-shaped shear walls—though ubiquitous in central cores—remained largely unexplored, especially when it came to understanding their seismic behavior under high compression and multidirectional loads.

A new and ambitious research program is changing the game.

A research alliance to unlock the secrets of walls

In a rare collaborative effort, Tongji University, Shanghai University, the North Bund New Landmark Construction & Development, and the East China Architectural Design and Research Institute have joined forces to conduct a groundbreaking study:

"Experimental Study on Seismic Behavior of L-shaped Section Steel Reinforced High-strength Concrete Shear Walls for Core Tube of Super-tall Buildings."

A lengthy title… for a major scientific breakthrough.

Authored by Qiang Zhang, Bin Zhao, Linyuan Ma, Xilin Lu, Xiangyong Ni, Kun Ding, and Jianlong Zhou, and published in the Journal of Earthquake Engineering, this study is one of the most comprehensive examinations ever conducted on these L-shaped composite walls.

When the Earth Shakes at 45 Degrees

The researchers designed four LSRHCW composite wall specimens, each varying in size, steel content, and concrete strength. All were subjected to an extreme compression level (n = 0.5), closely resembling that experienced by the base walls of supertowers.

But the most audacious aspect lies in the choice of horizontal excitation:

a cyclic load applied at 45°, far from the main axes.

A way to recreate the chaotic reality of an earthquake, which never occurs "in alignment."

The walls were meticulously observed: cracking, degradation, hysteresis, loss of stiffness, energy dissipation… Every crack, every deformation told a part of their story.

Where Matter Gives Way: What the Walls Revealed

Under the relentless load, all the specimens ultimately succumbed to a flexural-shear failure mode, dominated by the crushing of the concrete.

But the manner of failure revealed fascinating nuances:

The inner corner, where the two arms of the L meet, was consistently the first to suffer, an area of ​​extreme structural stress.

The free end, more exposed, proved surprisingly less damaged than expected… except when the load was applied at a 45° angle, where both ends underwent significant crushing.

A very different dance from that observed in the rectangular walls.

The L-shaped sail, for its part, works in torsion, cross-bending, and subtle interaction between its two wings—a complex choreography whose movements researchers have finally captured.

Walls capable of withstanding, absorbing, and surviving

Despite the imposed brutality, the four sails demonstrated a remarkable capacity for deformation.
Their maximum drift reached 3.03%, a level perfectly compatible with the requirements of supertowers in seismic zones.

The hysteretic, full, and regular loops demonstrate excellent energy dissipation capacity—one of the most valuable weapons against earthquakes, those waves that seek to shake buildings until they break.

When steel and concrete learn to do more with less

A surprising conclusion emerged: varying the concrete's strength and the amount of steel had little impact on overall performance. In other words, stronger concrete can partially compensate for a reduction in steel, without sacrificing strength or ductility.

For designers, this opens up attractive possibilities: thinner, less expensive, more durable walls, while remaining safe.

A Step Closer to the Supertalls of Tomorrow

Although these observations originated in the laboratory, they have very concrete implications for the skyscrapers of the future.
L-shaped sails structure the cores of most supertall buildings, influencing both their stability and their interior use.

This study shows that by better understanding their seismic behavior—particularly under multidirectional loads—engineers can:

optimize the quantities of materials,

reduce the size of the cores,

improve constructability,

and increase the usable floor area.

It also reminds us that earthquakes never strike directly on axis, and that models must reflect this reality.

Towards a New Generation of Composite Walls

This research is part of a global movement seeking to reinvent composite wall systems:

profiled steel, ultra-high-performance concrete, innovative reinforcements… all tools to make the giants of tomorrow safer, more streamlined, and more sustainable.

In a world where earthquakes strike where skyscrapers are rising the most—in Asia and the Middle East—this quest is more essential than ever.

Conclusion: When Science Guides the Giants

The study provides a valuable reference for engineers tasked with designing the supertowers of the 21st century. It sheds light on a type of wall that is still relatively unexplored and offers avenues for more refined and efficient engineering.

Future chapters could explore large-scale prototypes, the effects of tens of thousands of cycles, or the integration of new damping devices.

But even today, this research enriches our collective understanding of L-shaped composite walls—those discreet guardians that allow giants to reach for the sky without fearing the wrath of the earth.

NJC.© Info Journal of Earthquake Engineering.

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 09/12/25-NL

Wanneer wolkenkrabbers verrijzen, moeten muren leren dansen: de seismische prestaties van L-vormige schuifwanden in supertorens

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Terwijl steden concurreren in hoogte en supertorens de horizon van de wereld hertekenen, houdt één vraag ingenieurs bezig: hoe kunnen we deze reuzen laten trillen zonder dat ze wankelen?
In het hart van deze verticale kolossen dragen L-vormige schuifwanden duizelingwekkende lasten. Hun rol is cruciaal, maar traditionele oplossingen met gewapend beton tonen hun beperkingen: te grote doorsneden, bouwkundige beperkingen, verlies aan bruikbare ruimte... Alsof de reuzen van de hemel nu een dunnere, slimmere en veerkrachtigere constructie eisen.

In deze context kiezen ingenieurs steeds vaker voor hybride oplossingen, waarbij hoogwaardig beton wordt gecombineerd met zorgvuldig ingebedde stalen profielen. Een combinatie van brute kracht en metallurgische precisie. Hoewel rechthoekige schuifwanden op alle mogelijke manieren zijn ontleed, bleven L-vormige schuifwanden – hoewel alomtegenwoordig in centrale kernen – grotendeels onontgonnen, vooral wat betreft het begrijpen van hun seismisch gedrag onder hoge druk en multidirectionele belastingen.

Een nieuw en ambitieus onderzoeksprogramma verandert de spelregels.

Een onderzoeksalliantie om de geheimen van wanden te ontrafelen

In een zeldzame samenwerking hebben Tongji University, Shanghai University, North Bund New Landmark Construction & Development en het East China Architectural Design and Research Institute hun krachten gebundeld om een ​​baanbrekende studie uit te voeren:

"Experimentele studie naar seismisch gedrag van L-vormige stalen, versterkte, hoogsterkte betonnen schuifwanden voor de kernbuis van superhoge gebouwen."

Een lange titel... voor een belangrijke wetenschappelijke doorbraak.

Deze studie, geschreven door Qiang Zhang, Bin Zhao, Linyuan Ma, Xilin Lu, Xiangyong Ni, Kun Ding en Jianlong Zhou en gepubliceerd in het Journal of Earthquake Engineering, is een van de meest uitgebreide onderzoeken ooit uitgevoerd naar deze L-vormige composietwanden.

Wanneer de aarde schudt met 45 graden

De onderzoekers ontwierpen vier LSRHCW composietwandmonsters, elk variërend in grootte, staalgehalte en betonsterkte. Alle proefstukken werden onderworpen aan een extreme druksterkte (n = 0,5), die sterk lijkt op die van de basiswanden van supertorens.

Maar het meest gedurfde aspect schuilt in de keuze van horizontale excitatie:

een cyclische belasting onder een hoek van 45 graden, ver van de hoofdassen.

Een manier om de chaotische realiteit van een aardbeving na te bootsen, die nooit "in lijn" plaatsvindt.

De muren werden nauwgezet geobserveerd: scheurvorming, degradatie, hysterese, verlies van stijfheid, energieverlies... Elke scheur, elke vervorming vertelde een deel van hun verhaal.

Waar materie het begeeft: wat de muren onthulden

Onder de meedogenloze belasting bezweken alle exemplaren uiteindelijk aan een buig- en schuifbreuk, gedomineerd door het verbrijzelen van het beton.

Maar de manier van breken onthulde fascinerende nuances:

De binnenhoek, waar de twee armen van de L samenkomen, was consequent de eerste die te lijden had, een gebied met extreme structurele spanning.

Het vrije uiteinde, meer blootgesteld, bleek verrassend minder beschadigd dan verwacht... behalve wanneer de belasting onder een hoek van 45° werd aangebracht, waar beide uiteinden aanzienlijk werden verbrijzeld.

Een heel andere dans dan die waargenomen bij de rechthoekige muren.

Het L-vormige zeil, van zijn kant, werkt met torsie, kruisbuiging en subtiele interactie tussen de twee vleugels – een complexe choreografie waarvan onderzoekers de bewegingen uiteindelijk hebben vastgelegd.

Muren die bestand zijn tegen, absorberen en overleven

Ondanks de opgelegde brutaliteit vertoonden de vier zeilen een opmerkelijk vervormingsvermogen.
Hun maximale drift bereikte 3,03%, een niveau dat perfect voldoet aan de eisen van supertorens in seismische zones.

De hysterische, volle en regelmatige lussen vertonen een uitstekend energieafvoerend vermogen – een van de meest waardevolle wapens tegen aardbevingen, die golven die gebouwen proberen te laten schudden tot ze breken.

Wanneer staal en beton leren meer te doen met minder

Er kwam een ​​verrassende conclusie naar voren: het variëren van de sterkte van het beton en de hoeveelheid staal had weinig invloed op de algehele prestaties. Met andere woorden, sterker beton kan een afname in staal gedeeltelijk compenseren, zonder dat dit ten koste gaat van de sterkte of ductiliteit.

Voor ontwerpers opent dit aantrekkelijke mogelijkheden: dunnere, goedkopere en duurzamere muren, die tegelijkertijd veilig blijven.

Een stap dichter bij de superhoge gebouwen van morgen

Hoewel deze observaties in het laboratorium zijn gedaan, hebben ze zeer concrete implicaties voor de wolkenkrabbers van de toekomst.
L-vormige zeilen structureren de kernen van de meeste superhoge gebouwen en beïnvloeden zowel hun stabiliteit als hun gebruik binnenshuis.

Deze studie toont aan dat ingenieurs door een beter begrip van hun seismisch gedrag – met name onder multidirectionele belastingen – het volgende kunnen doen:

de hoeveelheid materialen optimaliseren,

de grootte van de kernen verkleinen,

de bouwbaarheid verbeteren,

en het bruikbare vloeroppervlak vergroten.

Het herinnert ons er ook aan dat aardbevingen nooit direct op de as inslaan en dat modellen deze realiteit moeten weerspiegelen.

Op weg naar een nieuwe generatie composietwanden

Dit onderzoek maakt deel uit van een wereldwijde beweging die composietwandsystemen opnieuw wil uitvinden:

geprofileerd staal, ultrahoogwaardig beton, innovatieve wapeningen... allemaal hulpmiddelen om de reuzen van morgen veiliger, gestroomlijnder en duurzamer te maken.

In een wereld waar aardbevingen plaatsvinden waar wolkenkrabbers het meest oprijzen – in Azië en het Midden-Oosten – is deze zoektocht belangrijker dan ooit.

Conclusie: Wanneer wetenschap de reuzen leidt

De studie biedt een waardevolle referentie voor ingenieurs die belast zijn met het ontwerpen van de supertorens van de 21e eeuw. Het werpt licht op een type muur dat nog relatief onontgonnen is en biedt mogelijkheden voor verfijndere en efficiëntere engineering.

Toekomstige hoofdstukken zouden grootschalige prototypes, de effecten van tienduizenden cycli of de integratie van nieuwe dempingsmechanismen kunnen onderzoeken.

Maar zelfs vandaag de dag verrijkt dit onderzoek ons ​​collectieve begrip van L-vormige composietmuren – die discrete beschermers die reuzen in staat stellen de hemel te bereiken zonder de toorn van de aarde te vrezen.

NJC.© Info Journal of Earthquake Engineering.

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