Operational modal analysis and finite element model updating of a multi-storey hybrid building

This study investigates the dynamic behavior of a 6-story hybrid building in Växjö, Sweden, through a combined experimental and numerical approach. Operational Modal Analysis (OMA) was performed on the structure using ambient vibration measurements, and modal parameters (natural frequencies, mode shapes, and damping ratios) were extracted using Artemis software with OMA methods such as: Frequency Domain Decomposition (FDD), Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD), and Stochastic Subspace Identification (SSI). A numerical model of the hybrid structure was developed in SAP2000 and iteratively calibrated by adjusting numerical modal system and properties such as: Lateral Load Resistant System, material properties, support conditions, and stiffness properties to align with experimental results. The Modal Assurance Criterion (MAC) was employed to quantitatively compare the experimental and numerical mode shapes across the first three modes. The results demonstrated compatibility between the calibrated SAP2000 model and OMA-derived modes, validating the hybrid system’s unique properties of dynamic performance. This study presents a strong framework for the assessment of hybrid buildings, which are progressively being used to emphasize the effectiveness of combining ambient vibration testing with finite element model calibration for structural verification.

Questo studio analizza il comportamento dinamico di un edificio ibrido di sei piani situato a Växjö, in Svezia, mediante un approccio combinato sperimentale e numerico. È stata condotta un'Analisi Modale Operativa (OMA) sulla struttura utilizzando misure da vibrazioni ambientali, e i parametri modali (frequenze naturali, forme modali e rapporti di smorzamento) sono stati estratti tramite il software ARTeMIS, applicando metodi OMA quali: Frequency Domain Decomposition (FDD), Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD) e Stochastic Subspace Identification (SSI). Un modello numerico della struttura ibrida è stato sviluppato in SAP2000 e calibrato iterativamente modificando variabili del sistema modale numerico, come il sistema resistente alle azioni orizzontali, le proprietà dei materiali, le condizioni di vincolo e le rigidezze, al fine di allineare i risultati con quelli sperimentali. Il criterio del Modal Assurance Criterion (MAC) è stato impiegato per confrontare quantitativamente le forme modali sperimentali e numeriche dei primi tre modi. I risultati hanno evidenziato una buona compatibilità tra il modello calibrato in SAP2000 e i modi ottenuti tramite OMA, validando le particolari caratteristiche dinamiche del sistema ibrido. Questo studio propone un solido quadro metodologico per la valutazione di edifici ibridi, la cui diffusione è in crescente aumento, evidenziando l’efficacia dell’integrazione tra prove sperimentali basate su vibrazioni ambientali e la calibrazione di modelli ad elementi finiti ai fini della verifica strutturale.