Seismic performance and design of precast industrial roof decks under vertical acceleration

Past earthquakes, such as the L'Aquila 2009 and Emilia 2012 events, were characterised by a strong combination of horizontal and vertical components of seismic acceleration, which highlighted the vulnerability of long span precast structures. Nevertheless, the common design practice neglects the effect of the vertical component, despite the current codes prescribe specific checks for horizontal prestressed and long span members. This is typically done with simplified linear calculations based on simply supported uncoupled members. This study addresses the seismic performance of various configurations of 25 m roof elements and I-shaped beams with different spans, representative of widespread precast industrial buildings. Linear and non-linear analyses were carried out considering both uncoupled and coupled roof decks. A total of 1023 analyses were conducted, including Linear Static Analysis (LSA), Natural Frequency Analysis (NFA), Spectral Response Analysis (SRA), and Non-linear Time-History Analysis (NLTHA), using a set of 10 artificial spectrum-compatible accelerograms. These methods allowed for a comprehensive investigation of the behaviour of the elements. The comparison between different coupled and uncoupled configurations revealed critical insights into the realistic behaviour of long span precast elements under vertical seismic loading. The analysis of the data collected allowed also to critically assess the current design methodologies, shading light over potential improvements.

Alcuni terremoti del passato, come quelli dell'Aquila 2009 e dell'Emilia 2012, sono stati caratterizzati da una forte combinazione delle componenti orizzontali e verticali dell'accelerazione sismica, che ha evidenziato la vulnerabilità delle strutture prefabbricate di grande luce. Tuttavia, la comune pratica progettuale trascura l'effetto della componente verticale, nonostante i codici attuali prescrivano verifiche specifiche per le membrature orizzontali precompresse e di luce elevata. In genere, si ricorre a calcoli lineari semplificati, basati su elementi disaccoppiati in semplice appoggio. Questo studio affronta le prestazioni sismiche di varie configurazioni di elementi di copertura di 25 m e travi a I con diverse luci, rappresentative di edifici industriali prefabbricati molto diffusi. Analisi lineari e non lineari sono state condotte considerando sia gli impalcati di copertura non accoppiati che quelli accoppiati. Sono state effettuate in totale 1023 analisi, tra cui l'analisi statica lineare (LSA), l'analisi in frequenza (NFA), l'analisi con spettro di risposta (SRA) e l'analisi non lineare dinamica (NLTHA), utilizzando una serie di 10 accelerogrammi artificiali spettro-compatibili. Questi metodi hanno permesso un'indagine completa del comportamento degli elementi. Il confronto tra diverse configurazioni accoppiate e non accoppiate ha rivelato aspetti critici sul comportamento realistico degli elementi prefabbricati di lunga campata sotto carico sismico verticale. L'analisi dei dati raccolti ha permesso inoltre di valutare criticamente le attuali metodologie di progettazione, facendo luce sui potenziali miglioramenti.