On the structural design of dry-assembled multistorey precast buildings with innovative voided walls under static and seismic actions

The potential application of an innovative voided precast reinforced concrete (RC) wall as static load-bearing and seismic resistant element of low/mid-rise multi-storey residential/office buildings is the focus of this thesis. The wall is part of a patented prefabricated solution for dry-assembled wall buildings, called Domus Dry®. A parametric study on the wall response under combined axial, bending, and shear loading has been carried out, where calculation spreadsheets are developed in accordance with experimental and theoretical evidence. A strategy to ensure a ductile behaviour under earthquake loading, avoiding brittle failure in shear, is proposed based on the results of the parametric analysis. A complete design process of the lateral load resisting systems of multistorey buildings of different height (6, 12, 18, and 24 storeys) considering a single basic plan layout and different seismic hazards encompassing static-load design only, medium-low (PGA = 0.1g), and high (PGA = 0.3g) on subsoil B are carried out and critically commented. The parameters investigated have been: (a) layout of the walls, (b) amount of inner voids in each wall element, (c) longitudinal and transverse reinforcement layout in each wall element, including coupling lintel beams and vertical and horizontal connections. Numerical finite element models have been developed for each case study under the assumption of rigid diaphragm behaviour of each slab, as confirmed by previous numerical and experimental outcomes despite the absence of a cast-in-situ concrete topping. The comparison of the design outcomes of the different analysed buildings allows to identify the typical structural layouts that the investigated precast system would have in the different seismic hazard scenarios and the differences from ground to top storeys.

Il fulcro di questa tesi è la potenziale applicazione di un innovativo muro prefabbricato in cemento armato (CA) alleggerito con vuoti come elemento portante statico e antisismico di edifici residenziali o uffici a più piani di bassa e media altezza. Il muro fa parte di una soluzione prefabbricata brevettata con pareti montate a secco, denominata Domus Dry®. È stato condotto uno studio parametrico riguardo la risposta del muro sotto combinazione di carico assiale, flessione e taglio, dove sono stati usati fogli di calcolo sviluppati in conformità ai risultati delle prove sperimentali e teoriche. Sulla base dei risultati dell'analisi parametrica, viene proposta una strategia per garantire un comportamento duttile sotto azione sismica, evitando rotture fragili a taglio. Vengono dunque eseguiti e commentati criticamente diversi processi completi di progettazione delle strutture di edifici multipiano di diversa altezza (6, 12, 18 e 24 piani) per carichi laterali considerando un unico layout di pianta di base e diverse condizioni di rischio sismico, che comprendono: solo progettazione a carico statico, sismicità medio-bassa (PGA = 0.1g) e alta (PGA = 0.3g) su suolo tipo B. I parametri studiati sono: (a) la disposizione dei muri, (b) la quantità di vuoti interni per ogni elemento muro, (c) la disposizione dell'armatura longitudinale e trasversale in ogni elemento di parete, comprese le architravi di accoppiamento e le connessioni verticali e orizzontali. Per ogni caso di studio sono stati sviluppati modelli numerici agli elementi finiti ipotizzando il comportamento a diaframma rigido dei solai, come confermato da precedenti risultati numerici e sperimentali, nonostante l'assenza di una cappa in calcestruzzo gettato in opera. Infine, l’analisi e il confronto tra gli esiti progettuali dei diversi edifici permette di identificare i layout strutturali tipici che il sistema prefabbricato indagato avrebbe nei diversi scenari di pericolosità sismica e le differenze da piano terra ai piani alti.