Probabilistic seismic assessment of existing large-span precast industrial buildings with deficitary cladding connections

Recent major seismic events exposed the influence of cladding panels and roof system on the lateral load-bearing capacity of precast industrial buildings. During severe ground motion events, the panel-to-column connections with inadequate seismic capacity may be subjected to high large demands and their failure would lead to hazardous conditions for the operators in the building. At the structural design level, non-structural elements such as the cladding panels are often considered as additional inertial mass to the traditional load-bearing system. The thesis investigates the seismic behaviour of a precast reinforced concrete frame structure modelled with an explicit flexible diaphragm and a refined nonlinear model of cladding panel system. In the proposed modelling approach, the mechanical behaviour of the cladding system is modelled based on a structural system with linear elastic elements connected to the columns of the frame by realistic connections characterized by experimentally calibrated non-linear constitutive laws. The probabilistic structural response of the numerical model has been evaluated by nonlinear static analyses and Multi-Stripe non-linear dynamic Analyses (MSA) carried out with OpenSees. Three different models compliant with the design specifications of the Italian building code in three different sites, namely Milan, Naples and L’Aquila, were considered. Demand over Capacity (D/C) ratios were computed for Usability Preventing Damage (UPD) and Global Collapse (GC) limit states conditioned to different Intensity Measure Levels characterized by mean Return Period of the ground motion ranging from 10 up to 100000 years. The results of the analyses showed that structures in different sites compliant with the design norms are characterized by different level of vulnerability. The objective of future design regulations is to uniform risk factors so that the designer and the user can control them, with the final purpose of ensuring safety of the structure, avoiding economic losses caused by interruption of work activities to repair usability preventing damages and building a structure whose cost is justified by the real hazard of the construction site.

Recenti eventi sismici di rilievo hanno evidenziato l’influenza dei pannelli di rivestimento e del sistema di copertura sulla capacità portante laterale degli edifici industriali prefabbricati. Durante intensi eventi sismici, le connessioni pannello-pilastro con inadeguata capacità sismica possono essere soggette ad elevati carichi e la loro rottura porterebbe a circostanze pericolose per gli operatori nell’edificio. A livello di progettazione strutturale, gli elementi non strutturali come i pannelli di rivestimento sono spesso considerati come massa inerziale aggiuntiva al tradizionale sistema portante. La tesi indaga il comportamento sismico di una struttura a telaio prefabbricata in calcestruzzo armato modellata con un diaframma flessibile esplicito e un raffinato modello non lineare del sistema di pannelli di rivestimento. Nell’approccio di modellazione proposto, il comportamento meccanico del sistema di rivestimento è modellato sulla base di un sistema strutturale con elementi elastici lineari connessi ai pilastri del telaio mediante connessioni realistiche caratterizzate da leggi costitutive non lineari calibrate sperimentalmente. La risposta strutturale probabilistica è stata valutata mediante analisi statiche non lineari e analisi dinamiche non lineari Multi Striscia (MSA) effettuate con OpenSees. Sono stati considerati tre diversi modelli conformi alle specifiche progettuali delle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC) italiane per tre diversi siti, ovvero Milano, Napoli e L’Aquila. I rapporti Domanda su Capacità (D/C) sono stati calcolati per gli Stati Limite di Danno (SLD) e di Collasso (SLC) condizionati a diversi Livelli di Intensità caratterizzati da Periodi di Ritorno medi degli accelerogrammi al suolo da 10 fino a 100000 anni. I risultati delle analisi hanno mostrato che strutture conformi alle norme progettuali in diversi siti sono caratterizzati da diversi livelli di vulnerabilità. L’obiettivo delle future normative di progetto è quello di uniformare i fattori di rischio così che il progettista e il cliente siano capaci di controllarli, con l’obiettivo finale di garantire la sicurezza della struttura, evitare perdite economiche derivanti dalle interruzioni delle attività lavorative causate dalle riparazioni ai danni e costruire una struttura i cui costi siano giustificati dal vero livello di pericolo del sito di costruzione.