The legacy that past Universal Expositions left behind highlights the importance of a design that focuses on the use after the end of an Expo. The design of a movable exhibition pavilion for Expo Milano 2015 is proposed with an holistic and interdisciplinary approach; the building is conceived to be dismantled, reassembled and reconverted in a Performing Arts Center. Different aspects are studied to optimize the environmental-energetic behavior using passive strategies, selective solar gain, natural ventilation, recyclable materials, renewable energy sources, improve the acoustics of the building and its versatility with respect to the type of performance; particular attention in given to the structural behavior, and a new seismic-resistant system is studied. A new system has been proposed and experimentally tested for both new design and retrofit of steel frames, using precast panels made of SC-HPSFRC (Self Compacting - High Performance Steel Fiber Reinforced Concrete) that can be easily installed and rapidly replaced after an earthquake. This study was carried out at Stanford University, as part of a larger research project on ”Innovative Applications of Damage Tolerant Fiber-Reinforced Cementitious Materials for New Earthquake-Resistant Structural Systems and Retrofit of Existing Structures”; these materials find several structural-scale applications in earthquake engineering because they exhibit fine, multiple cracking in direct tension reaching very large ultimate strains and high energy dissipation, and exhibit little to no spalling in compression. A Nonlinear Finite Element Analysis is conducted on the software DIANA reproducing the full-storey-height double panel system experimental tests. Considerations on the structural behavior of the system are made comparing different constitutive models using various types of smeared crack concepts, either with fixed or rotating fracture plans, and recommendations for future work are eventually given.

L’eredità che le passate Esposizioni Universali hanno lasciato sottolinea l’importanza di una progettazione incentrata sull’utilizzo dopo la fine dell’Expo. La progettazione di un padiglione espositivo per Expo Milano 2015 viene proposta con un approccio olistico e interdisciplinare; l’edificio è concepito per essere smontato, riassemblato e riconvertito in un Centro per Arti Sceniche. Diversi approfondimenti sono sviluppati per ottimizzare il comportamento energeticoambientale sfruttando al massimo strategie passive, captazione solare selettiva, ventilazione naturale, materiali riciclabili, risorse energetiche rinnovabili, e migliorare l’acustica dell’edificio e la versatilità in funzione del tipo di performance; particolare attenzione è posta al comportamento strutturale, ed un sistema antisismico innovativo viene studiato. Un nuovo sistema è stato proposto e testato sperimentalmente per nuova realizzazione e consolidamento di telai metallici, utilizzando pannelli prefabbicati in SC-HPSFRC (Calcestruzzo Fibrorinforzato con Fibre d’Acciaio Autocompattante ad Elevata Performance) che possono essere facilmente installati e rapidamente sostituiti dopo un sisma. Questo studio è stato condotto alla Stanford University, come parte di un più vasto progetto di ricerca su ”Applicazioni Innovative di Materiali Cementizi Fibro-Rinforzati per Sistemi Strutturali Antisismici di Nuova Realizzazione e Consolidamento di Strutture Esistenti”; questi materiali trovano diverse applicazioni a scala strutturale in ingegneria sismica poiché manifestano multifessurazione e ridotti valori di apertura di fessura in trazione diretta raggiungendo grandi deformazioni ultime e grandi dissipazioni di energia, e manifestano limitata o assente rottura per distacco superficiale (spalling) in compressione. Una analisi Nonlineare ad Elementi Finiti è condotta sul software DIANA per riprodurre i test sperimentali sul sistema a doppio pannello ad altezza di interpiano. Considerazioni sul comportamento strutturale del sistema sono fatte comparando diversi legami costitutivi utilizzando vari concetti di smeared crack (fessura diffusa), con piani di frattura fissi o rotanti, e vengono infine date raccomandazioni per studi futuri.

Holistic approach to the design of a movable pavilion for Milan Expo 2015. Nonlinear finite elements analysis and application of an energy dissipating fiber reinforced concrete infill panel system

MAK, MICHELE WIN TAI
2010/2011

Abstract

The legacy that past Universal Expositions left behind highlights the importance of a design that focuses on the use after the end of an Expo. The design of a movable exhibition pavilion for Expo Milano 2015 is proposed with an holistic and interdisciplinary approach; the building is conceived to be dismantled, reassembled and reconverted in a Performing Arts Center. Different aspects are studied to optimize the environmental-energetic behavior using passive strategies, selective solar gain, natural ventilation, recyclable materials, renewable energy sources, improve the acoustics of the building and its versatility with respect to the type of performance; particular attention in given to the structural behavior, and a new seismic-resistant system is studied. A new system has been proposed and experimentally tested for both new design and retrofit of steel frames, using precast panels made of SC-HPSFRC (Self Compacting - High Performance Steel Fiber Reinforced Concrete) that can be easily installed and rapidly replaced after an earthquake. This study was carried out at Stanford University, as part of a larger research project on ”Innovative Applications of Damage Tolerant Fiber-Reinforced Cementitious Materials for New Earthquake-Resistant Structural Systems and Retrofit of Existing Structures”; these materials find several structural-scale applications in earthquake engineering because they exhibit fine, multiple cracking in direct tension reaching very large ultimate strains and high energy dissipation, and exhibit little to no spalling in compression. A Nonlinear Finite Element Analysis is conducted on the software DIANA reproducing the full-storey-height double panel system experimental tests. Considerations on the structural behavior of the system are made comparing different constitutive models using various types of smeared crack concepts, either with fixed or rotating fracture plans, and recommendations for future work are eventually given.
BILLINGTON, SARAH
IMPERADORI, MARCO
MASERA, GABRIELE
ING VI - Scuola di Ingegneria Edile-Architettura
21-lug-2011
2010/2011
L’eredità che le passate Esposizioni Universali hanno lasciato sottolinea l’importanza di una progettazione incentrata sull’utilizzo dopo la fine dell’Expo. La progettazione di un padiglione espositivo per Expo Milano 2015 viene proposta con un approccio olistico e interdisciplinare; l’edificio è concepito per essere smontato, riassemblato e riconvertito in un Centro per Arti Sceniche. Diversi approfondimenti sono sviluppati per ottimizzare il comportamento energeticoambientale sfruttando al massimo strategie passive, captazione solare selettiva, ventilazione naturale, materiali riciclabili, risorse energetiche rinnovabili, e migliorare l’acustica dell’edificio e la versatilità in funzione del tipo di performance; particolare attenzione è posta al comportamento strutturale, ed un sistema antisismico innovativo viene studiato. Un nuovo sistema è stato proposto e testato sperimentalmente per nuova realizzazione e consolidamento di telai metallici, utilizzando pannelli prefabbicati in SC-HPSFRC (Calcestruzzo Fibrorinforzato con Fibre d’Acciaio Autocompattante ad Elevata Performance) che possono essere facilmente installati e rapidamente sostituiti dopo un sisma. Questo studio è stato condotto alla Stanford University, come parte di un più vasto progetto di ricerca su ”Applicazioni Innovative di Materiali Cementizi Fibro-Rinforzati per Sistemi Strutturali Antisismici di Nuova Realizzazione e Consolidamento di Strutture Esistenti”; questi materiali trovano diverse applicazioni a scala strutturale in ingegneria sismica poiché manifestano multifessurazione e ridotti valori di apertura di fessura in trazione diretta raggiungendo grandi deformazioni ultime e grandi dissipazioni di energia, e manifestano limitata o assente rottura per distacco superficiale (spalling) in compressione. Una analisi Nonlineare ad Elementi Finiti è condotta sul software DIANA per riprodurre i test sperimentali sul sistema a doppio pannello ad altezza di interpiano. Considerazioni sul comportamento strutturale del sistema sono fatte comparando diversi legami costitutivi utilizzando vari concetti di smeared crack (fessura diffusa), con piani di frattura fissi o rotanti, e vengono infine date raccomandazioni per studi futuri.
Tesi di laurea Magistrale
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