Valutazione della vulnerabilità sismica di un edificio ospedaliero esistente e delle possibili strategie di intervento

The aim of this thesis is to develop a seismic vulnerability analysis of an existing reinforced concrete hospital building, following the criteria of NTC 2008 and EC8. A linear dynamic analysis with response spectrum reduced by the behaviour factor is adopted. The hospital is located in an Italian zone historically characterized by limited seismic activity. However, the Italian macro-zonation map risk was recently modified, and at the moment the erection site is classified as Zone 3, characterized by the rare possibility of strong earthquake occurrence. The hospital is composed of two lots, but the work focuses on only one of them, built between the 1979 and the 1980 and designed for the vertical load bearing capacity only. The geometry of the building was reconstructed through the available original project documentation, with the purpose of developing a numerical model using the software Sap2000. The building was investigated first for vertical loads at the Ultimate Limit State, in order to make the model match with the real structure behaviour. The Modal Analysis was run to determine the dynamic behaviour of the whole lot, composed of a frame structure adjacent to a wall one. The seismic input is thoroughly defined when the natural periods are known. Because of the strategical role played by the hospital, a high value of the return period for the design earthquake must be considered. Thus, the seismic input turns out to be really severe. In addition, the difference between the two structures, as well as their proximity, could generate pounding phenomena. The seismic vulnerability analysis was performed for the frame building at the Ultimate Limit State for Life Safety. Following the procedures stated by NTC2008 and EC8, at the end of the analysis the percentage of seismic action that the building is able to carry was determined. Finally, two possible traditional interventions on the frame building are presented, namely the stiffening of the columns with a coat made of longitudinal bars and stirrups, and the insertion of new shear walls. Results provide a support for future technical decisions concerning the upgrade in safety of the building.

L’obiettivo del presente elaborato di tesi è lo sviluppo dell’analisi di vulnerabilità sismica di un edificio ospedaliero esistente in calcestruzzo armato, attraverso le procedure previste dalle NTC2008 e dall’EC8. La tipologia di analisi utilizzata è dinamica lineare con spettro di risposta ridotto con il fattore di struttura. L’ospedale è sito in un comune della Lombardia, una regione storicamente definita non sismica, che tuttavia ha recentemente subito una nuova zonazione sismica. Il comune è stato collocato in Zona 3, caratterizzata dalla possibile presenza di forti terremoti ma rari. Il complesso è costituito da due lotti dei quali si studia una parte del primo, realizzato tra il 1979 e il 1980. Le ipotesi progettuali con le quali l’edificio è stato progettato non prevedevano la presenza di azioni sismiche, e di conseguenza risultano assenti una serie di accorgimenti e dettagli progettuali caratterizzanti gli edifici di nuova costruzione costruiti in zona sismica. Sulla base della documentazione progettuale originale ed in particolare delle tavole esecutive, è stato possibile ricostruire la geometria dell’edificio e definire le resistenze disponibili del sistema strutturale. Al fine di ottenere un modello di calcolo, sul software di calcolo Sap2000, che ne interpreti al meglio il comportamento e che possa ritenersi fedele alle ipotesi progettuali assunte dai progettisti dell’epoca, l’edificio è stato preventivamente analizzato per i soli carichi statici allo Stato Limite Ultimo secondo le diposizioni delle Normative moderne. Allo scopo di definire il comportamento dinamico dell’intero lotto in esame, costituito da una struttura a telaio e da una seconda a pareti, per entrambi gli edifici sono state sviluppate le analisi modali. In tal maniera è stato possibile definirne l’input sismico associato, sulla base dei periodi propri strutturali, ed evidenziare le differenze tra i due edifici adiacenti, in modo da avere un quadro complessivo delle problematiche riscontrabili durante un evento sismico, soprattutto in relazione al martellamento tra esse. L’input sismico, pur trovandosi l’edificio in Zona 3, risulta essere molto severo, a causa del fatto che gli ospedali, secondo le NTC 2008, rientrano nella classe degli edifici di interesse strategico. Una volta definite le proprietà dinamiche degli edifici del primo lotto, è stato possibile sviluppare l’analisi sismica con spettro di progetto allo SLV, concentrando l’interesse sulla struttura a telaio. Le procedure seguite, indicate dalla Normativa, hanno condotto alla definizione della percentuale di input sismico di progetto che la struttura è in grado di sostenere. L’edificio oggetto di indagini approfondite è stato di seguito analizzato anche in condizioni di Esercizio (SLO) al fine di definire il livello di operatività che esso può garantire in presenza di eventi sismici di magnitudine inferiore. Al termine della trattazione si analizzano due possibili strategie tradizionali di intervento sull’edificio, ossia l’incamiciatura dei pilastri e l’inserimento di pareti controventanti di nuova costruzione, in relazione alla loro fattibilità e convenienza, al fine di fornire supporto alla eventuale selezione futura di un intervento sismico.