Analysis and design of a timber-concrete hybrid structure : a case study

Prefabrication and modularization of building components is a solution already employed successfully for low-rise residential timber structures in Italy and the rest of Europe. Timber constructions are particularly prone to the application of the integrated project delivery approach, in which the systems are integrated in factory produced components, to be assembled on site with advantages in terms of costs and delivery times, together with better quality of the finished product. This work deals with the concept of a hybrid timber-concrete mid-rise structure, in which the benefits of prefabrication and modularity can be exploited. Within this concept, different technical solutions are possible, examples of which have already been successfully implemented in Europe. In this work, focus is put on hybrid structures with a primary reinforced concrete frame, timber-concrete composite slabs and an external envelope constituted by light-weight timber frame infill walls. This solution is already widespread in Nordic Countries, where the use of timber as a construction material is part of the traditional background of firms, professionals and standard bodies. Benefits and drawbacks of this system in terms of structural performance have been analysed with a numerical approach, trying to provide some design and decision making guidelines with reference to its application in the field of building and structural engineering.

La prefabbricazione e modularizzazione dei componenti edilizi è una soluzione già impiegata con successo per edifici residenziali in legno monopiano o di altezza modesta in Italia e nel resto d’Europa. Le costruzioni in legno risultano particolarmente adatte all’utilizzo di un approccio di progettazione integrata, in cui i sistemi sono integrati in componenti prodotti in stabilimento, pronti per l’assemblaggio in sito con notevoli vantaggi in termini di costi e tempi di consegna e con una migliore qualità del prodotto finito. Questa tesi tratta l’ideazione di una struttura ibrida multipiano in legno e calcestruzzo armato, in cui si possano sfruttare i vantaggi della prefabbricazione. Diverse soluzioni progettuali per la realizzazione di strutture di questo tipo sono possibili, esempi delle quali sono già stati implementati e realizzati in Europa. All’interno di questo lavoro ci si è focalizzati sulle strutture ibride con un telaio principale in calcestruzzo armato, solai misti legno-calcestruzzo e tamponamenti esterni costituiti da pareti in legno a telaio. Questa soluzione è già ampiamente diffusa in Nord Europa, dove l’uso del legno come materiale da costruzione è parte del background di aziende, professionisti ed enti di normazione. Benefici e svantaggi di questo sistema in termini di prestazione strutturale sono stati analizzati con un approccio numerico, fornendo delle indicazioni sulle scelte progettuali in riferimento all’applicazione nel campo dell’ingegneria strutturale ed edile.