Effetti delle interazioni strutturali tra pareti perpendicolari in edifici multipiano in CLT

The present thesis focuses on the evaluation of the impact of the box behavior when it is taken in consideration in the analysis of multi-story platform type structures made of Cross-Laminated Timber (CLT). The study aims to assess how the structural interactions between perpendicular walls affect the stiffness and strength characteristics of multi-story structures when subjected to lateral loads. Additionally, it aims to understand the redistribution of forces acting on tension resisting connections, hold downs, following the additional reactive contribution provided by the connections of perpendicular walls. The analyses are carried out in a first part by developing a two-dimensional elastic analytical model to evaluate simple two-story systems; in a second part, by creating numerical models of different heights to directly assess the three-dimensional behavior of the structure. Parametric evaluations conducted through the analytical model reveal that, increasing the stiffness of perpendicular walls connections can effectively improve the stiffness characteristics of multi-story structures and reduce the tensile forces acting on shear walls connections. The analyses indicate that the parameter that most significantly influences system characteristics is the stiffness associated with perpendicular wall tension connections. Numerical models further demonstrate the relevance of the box behavior on structure stiffness and confirm its importance in assessing lateral capacity. Additionally, it is deduced from the multi-story models that, at upper levels, perpendicular walls are the most heavily loaded elements compared to shear walls, which exhibit a significant reduction in tensile forces compared to cases where structural interactions between walls are neglected. Upon further evaluation, considering the tension resisting capacity of the angle brackets, it has been observed that the presence of this additional reaction does not alter the way actions are redistributed within the multi-story systems. The conclusions drawn provide valuable support for a more optimized design of CLT structures.

Il presente lavoro di tesi si concentra sulla valutazione che l’inclusione dell’effetto scatolare ha sul comportamento di strutture multipiano in Cross-Laminated Timber (CLT) di tipologia costruttiva platform type. L’obiettivo di questa tesi è valutare come la presenza delle interazioni strutturali tra pareti perpendicolari influisca sulle caratteristiche di rigidezza e resistenza delle strutture multipiano, quando sono soggette a carichi laterali. Ci si concentra, inoltre, sulla comprensione della redistribuzione delle azioni agenti sulle connessioni a trazione, gli hold down, a seguito dell’aggiunta dell’ulteriore contributo reagente dato dalle connessioni delle pareti perpendicolari. Le analisi vengono svolte in una prima parte mediante la realizzazione di un modello analitico bidimensionale elastico per la valutazione di sistemi semplici a due piani; in una seconda parte mediante la realizzazione di modelli numerici di altezze differenti per la valutazione diretta del comportamento tridimensionale della struttura. Da valutazioni parametriche, svolte grazie al modello analitico, si ricava che, incrementando la rigidezza delle connessioni delle pareti perpendicolari, si possono migliorare in maniera molto efficace le caratteristiche di rigidezza delle strutture multipiano e ridurre, così, l’azione di trazione agente sulle connessioni delle pareti taglio. Dalle analisi è emerso che il parametro che influisce maggiormente sulle caratteristiche del sistema è la rigidezza associata alle connessioni a trazione delle pareti perpendicolari. I modelli numerici hanno dato ulteriore prova della rilevanza dell’effetto scatolare sulla rigidezza della struttura e hanno confermato tale importanza anche nella valutazione della sua capacità laterale. Dai modelli multipiano è stato inoltre ricavato come, ai piani superiori, le pareti perpendicolari risultano essere gli elementi maggiormente caricati rispetto a quelli a taglio, sui quali si evidenzia una notevole riduzione nelle azioni di trazione agenti rispetto al caso in cui le interazioni strutturali tra pareti vengono trascurate. Facendo un’ulteriore valutazione, andando a considerare il contributo a trazione degli angle bracket, si è rilevato come la presenza di questa ulteriore reazione non vada a modificare il modo in cui le azioni di redistribuiscono all’interno del sistema multipiano. Le conclusioni ricavate rappresentano un valido sostegno per una progettazione più ottimizzata delle strutture in CLT.