Seismic vulnerability assessment of an industrial facility with a composite concrete steel structure

This dissertation deals with the seismic assessment of an industrial one-storey building, hosting an important and valuable facility. The building is made by composite structure: a steel truss roof is hinged on reinforced concrete columns, with corbels supporting runways for two overhead traveling cranes. The horizontal stability of the structure is guaranteed in both directions by five sway frames, composed of steel braces and girder beams fixed on main concrete columns. Although the building belongs to a nuclear power plant, it has been classified as NSC, i.e. only Eurocodes along with their National Annexes have been taken into account, without other safety requirements. As a matter of fact, the design at seismic ULS is based on actions derived from a reduced response spectrum. The purpose of this thesis becomes that of assessing the structure for an elastic spectrum and measuring the safety margin, defined as the distance between the effective behavior of the structure and the required one. To this aim a FE model is first set within the GT STRUDL software environment and then two response spectrum analyses are performed, adopting two response spectra typical of nuclear design. The safety margins are then evaluated through different structural verifications on the identified dissipative zones and through capacity design checks of some non-dissipative zones, related to brittle failure mechanisms. In conclusion, a pushover analysis is performed to better understand the coupling response of the seismic resisting systems.

Il presente lavoro di tesi si occupa dell'assessment sismico di un edificio industriale, che ospita un impianto di grande rilevanza. L'edificio è caratterizzato da una struttura mista: copertura tralicciata in acciaio incernierata su colonne in calcestruzzo armato, con mensole aventi la funzione di sorreggere le vie di corsa per il passaggio di due carroponti. La stabilità orizzontale è garantita in entrambe le direzioni da cinque sistemi di controventatura, costituiti da diagonali e un cordolo in acciaio ancorati alle colonne principali. Sebbene l'edificio appartenga ad una centrale nucleare, è stato classificato come NCS, ovvero per la progettazione sono stati considerati soltanto gli Eurocodici con gli Annessi Nazionali, senza ulteriori requisiti di sicurezza. La struttura è stata infatti dimensionata allo SLU sismico per azioni derivanti da uno spettro di risposta ridotto. Lo scopo della tesi diventa quindi quello di valutare la struttura per uno spettro elastico e misurare il margine di sicurezza, definito come la distanza tra il comportamento effettivo della struttura e quello desiderato. Dopo aver realizzato il modello a elementi finiti, sono state effettuate due analisi con GT STRUDL, adottando due spettri di risposta caratteristici della progettazione nucleare. I margini di sicurezza sono stati valutati attraverso diverse verifiche strutturali per le zone dissipative precedentemente individuate e per le zone non dissipative legate a meccanismi di rottura fragili, sulla base del criterio di gerarchia delle resistenze. Infine, un'analisi di pushover ha permesso di comprendere meglio il comportamento dei sistemi resistenti alle forze orizzontali.