Dynamic features of CLT slabs accounting for partial connections

Cross-laminated timber (CLT) is widely used in modern construction due to its high strength-to-weight ratio and sustainability. However, its dynamic performance, particularly human-induced vibrations, remains a crucial serviceability concern. This study investigates the vibrational characteristics of CLT slabs with partial connections, addressing the influence of connection flexibility on modal properties and dynamic response. A numerical approach is employed using finite element modeling (FEM) to analyze natural frequencies, mode shapes, and vibration amplitudes for varying connection stiffness. Analytical formulations based on plate theory and MATLAB-based simulations complement the FEM results. The study examines the effects of increasing the number of connected CLT panels, revealing frequency shifts and stiffness variations. Results are compared against comfort criteria from Eurocode 5 and ISO vibration standards. Findings indicate that partial connections significantly impact global dynamic behavior, altering mode coupling and reducing effective stiffness. This research provides insights into optimizing connection design for enhanced serviceability and occupant comfort in timber structures. The outcomes contribute to advancing predictive models for floor vibrations, aiding engineers in designing CLT systems with improved vibrational performance.

Il legno lamellare incrociato (CLT) è ampiamente utilizzato nell'edilizia moderna grazie al suo elevato rapporto resistenza/peso e alla sostenibilità. Tuttavia, le sue prestazioni dinamiche, in particolare le vibrazioni indotte dall'uomo, rimangono un problema cruciale per la manutenzione. Questo studio esamina le caratteristiche vibrazionali delle lastre CLT con connessioni parziali, affrontando l'influenza della flessibilità della connessione sulle proprietà modali e sulla risposta dinamica. Viene impiegato un approccio numerico utilizzando la modellazione a elementi finiti (FEM) per analizzare frequenze naturali, forme modali e ampiezze di vibrazione per una rigidità variabile della connessione. Formulazioni analitiche basate sulla teoria delle piastre e simulazioni basate su MATLAB completano i risultati FEM. Lo studio esamina gli effetti dell'aumento del numero di pannelli CLT collegati, rivelando spostamenti di frequenza e variazioni di rigidità. I risultati vengono confrontati con i criteri di comfort dell'Eurocodice 5 e degli standard di vibrazione ISO. I risultati indicano che le connessioni parziali hanno un impatto significativo sul comportamento dinamico globale, alterando l'accoppiamento modale e riducendo la rigidità effettiva. Questa ricerca fornisce approfondimenti sull'ottimizzazione della progettazione della connessione per una maggiore manutenzione e comfort degli occupanti nelle strutture in legno. I risultati contribuiscono allo sviluppo di modelli predittivi per le vibrazioni dei pavimenti, aiutando gli ingegneri a progettare sistemi CLT con prestazioni vibrazionali migliorate.