Reciprocal CLT slab systems for hybrid tall buildings: structural behavior, parametric design, and numerical assessment

This thesis explores the structural feasibility of reciprocal Cross-Laminated Timber (CLT) slab systems for hybrid tall buildings, focusing on their ability to achieve two-way load distribution. The challenge addressed is the incompatibility between the one-way behavior of traditional CLT slabs and the two-way load transfer required for corner spans and irregular floor layouts in tall buildings. By employing reciprocal structural systems, this research proposes a solution that activates two-way load distribution using CLT panels, overcoming the inherent one-way load transfer behavior of the material. Through analytical reasoning, finite element modelling, and parametric design, the study demonstrates that reciprocal CLT slabs can effectively reduce deflections and replicate the stiffness and deformation behavior of ideal two-way systems. The integration of steel beams at selected locations further enhances load redistribution and serviceability performance. The results also confirm the suitability of parametric modelling for early-stage design, enabling the exploration of various configurations and material distributions. The thesis contributes to contemporary timber engineering by providing a new design approach for hybrid buildings, ensuring structural efficiency, sustainability, and flexibility.

Questa tesi esplora la fattibilità strutturale dei sistemi di lastre in legno lamellare incrociato (CLT) reciproci per edifici ibridi alti, concentrandosi sulla loro capacità di ottenere una distribuzione dei carichi bidirezionale. La sfida affrontata è l'incompatibilità tra il comportamento unidirezionale delle tradizionali lastre CLT e il trasferimento di carico bidirezionale richiesto per i passi d'angolo e le disposizioni irregolari dei pavimenti negli edifici alti. Attraverso l'impiego di sistemi strutturali reciproci, questa ricerca propone una soluzione che attiva la distribuzione dei carichi bidirezionali utilizzando pannelli CLT, superando il comportamento di trasferimento dei carichi unidirezionali del materiale. Attraverso il ragionamento analitico, la modellazione agli elementi finiti e il design parametrico, lo studio dimostra che le lastre CLT reciproche possono ridurre efficacemente le deformazioni e replicare il comportamento di rigidità e deformazione di sistemi ideali bidirezionali. L'integrazione di travi in acciaio in posizioni selezionate migliora ulteriormente la distribuzione dei carichi e le prestazioni di servizio. I risultati confermano anche l'idoneità della modellazione parametrica per il design nelle fasi preliminari, permettendo l'esplorazione di varie configurazioni e distribuzioni dei materiali. La tesi contribuisce all'ingegneria del legno contemporanea fornendo un nuovo approccio progettuale per edifici ibridi, garantendo efficienza strutturale, sostenibilità e flessibilità.