Application of a tying force method for robustness design of post-and-beam timber structures: a real case building

The aim of the thesis is to identify a correct engineering approach that provides appropriate guidelines useful for robustness design of a multi-storey post-and-beam timber buildings. In this regard, the application of a new simplified tying force method is proposed, which analyses the adequate resistance and ductility of the structure following the loss of a vertical load-bearing element via horizontal tying. The work focuses on the application of the method, recently proposed in the literature, to a real post-and-beam timber building, simulating scenarios of the removal of an internal and edge load-bearing column. Different types of beam-column connections are proposed, applicable during the design and retrofitting of the building, that satisfy the robustness requirements imposed by the tying method and can therefore prevent the progressive collapse of the structure. Finally, a parametric analysis evaluating the variation of the tying force as a function of the chord rotation capacity and different span lengths is reported. The results obtained show that the tying force method represents a promising strategy for designing the robustness of post-and-beam timber buildings falling in low and medium consequence classes.

L’obiettivo della tesi è identificare un corretto approccio ingegneristico che fornisca delle appropriate linee guida utili per la progettazione della robustezza di edifici multipiano realizzati a travi e pilastri in legno, comunemente chiamati post-and-beam. A tal proposito, viene proposta l’applicazione del simplified tying force method, il quale analizza l’adeguata resistenza e duttilità della struttura tramite tiranti orizzontali, in seguito alla perdita di un elemento portante verticale. Il lavoro si concentra sull’applicazione del metodo a un edificio reale in legno a travi e pilastri, simulando scenari di rimozione di una colonna portante interna e di una colonna portante di bordo. Vengono proposte diverse tipologie di connessioni tra travi e colonna, applicabili in fase di progettazione ed adeguamento del costruito, che soddisfino i requisiti di robustezza imposti dal tying force method e che possano quindi prevenire il collasso progressivo della struttura. Infine, viene riportata un’analisi parametrica che valuta la variazione dell’azione membranale a trazione, in funzione del valore della capacità di rotazione del sistema e delle diverse lunghezze delle campate. I risultati ottenuti dimostrano che il simplified tying force method rappresenta una strategia promettente per la progettazione della robustezza di edifici in legno a travi e pilastri che rientrano in classi d’attenzione media e bassa.