Existing reinforced concrete moment frame school buildings in Italy constitute a critical asset with significant vulnerability to seismic events, largely due to construction preceding modern seismic design codes. The potential for structural failure poses a substantial risk to life safety and functional community recovery, yet traditional assessment methodologies often struggle to provide efficient probabilistic risk profiles for this diverse building stock. Consequently, the development of robust analysis methods for seismic assessment is of high importance. The national MARS project (Seismic Risk Maps) has addressed this by providing a national-scale risk assessment for 49,531 school assets through a consensus-based vulnerability model. This thesis investigates the seismic vulnerability of a representative concrete moment frame school building located in a seismic zone in Italy. Drawing upon structural archetypes developed by the MARS project, the research first evaluates vulnerability using code-based procedures and then employs the sophisticated Cloud Analysis methodology to simulate structural responses. High-fidelity numerical models are developed and subjected to numerous ground motion scenarios using Nonlinear Dynamic Analyses (NLDA). the methodology effectively maps engineering demand parameters, specifically maximum Inter-storey Drift Ratios (IDR), onto recognized damage states using established EMS-98 thresholds. To provide a comparative analysis with the MARS project's use of Peak Ground Acceleration (PGA) to achive more tailored results for the fragility curves of the building case study, the study briefly investigates the effect of alternative intensity measures, namely Housner Intensity (IH) and average spectral acceleration SA(avg), on the derivation of fragility curves. The results offer critical insights into the seismic vulnerability of the studied school building. By integrating findings with probabilistic fragility curves, the research identifies specific structural weak points that increase the likelihood of damage or collapse under seismic loads. This comprehensive procedure provides crucial data for government agencies and engineers, offering the necessary insights to prioritize retrofitting funds and implement effective risk mitigation strategies across Italy’s essential educational infrastructure.
Gli edifici scolastici esistenti con telaio in cemento armato in Italia costituiscono un patrimonio critico caratterizzato da una significativa vulnerabilità sismica, dovuta in gran parte a una costruzione precedente alle moderne normative antisismiche. Il potenziale di fallimento strutturale rappresenta un rischio sostanziale per la sicurezza della vita umana e per la ripresa funzionale delle comunità; tuttavia, le metodologie di valutazione tradizionali spesso faticano a fornire profili di rischio probabilistici efficienti per questo eterogeneo parco edilizio. Di conseguenza, lo sviluppo di metodi di analisi robusti per la valutazione sismica assume un'importanza primaria. Il progetto nazionale MARS (Mappe di Rischio Sismico) ha affrontato tale problematica fornendo una valutazione del rischio su scala nazionale per 49.531 edifici scolastici attraverso un modello di vulnerabilità basato sul consenso scientifico. Questa tesi indaga la vulnerabilità sismica di un edificio scolastico rappresentativo a telaio in calcestruzzo situato in una zona sismica in Italia. Basandosi sugli archetipi strutturali sviluppati dal progetto MARS, la ricerca valuta inizialmente la vulnerabilità utilizzando le procedure normative e, successivamente, impiega la sofisticata metodologia della Cloud Analysis per simulare la risposta strutturale. Sono stati sviluppati modelli numerici ad alta fedeltà, sottoposti a numerosi scenari di scuotimento del suolo tramite Analisi Dinamiche Non Lineari (NLDA). La metodologia mappa efficacemente i parametri di domanda ingegneristica, specificamente i massimi rapporti di deriva interpiano (IDR), su stati di danno riconosciuti utilizzando le soglie stabilite dalla scala EMS-98. Al fine di fornire un'analisi comparativa rispetto all'uso dell'accelerazione di picco al suolo (PGA) adottata dal progetto MARS e ottenere risultati più mirati per il caso studio, la ricerca indaga l'effetto di misure di intensità alternative, quali l'Intensità di Housner (IH) e l'accelerazione spettrale media SA(avg), sulla derivazione delle curve di fragilità. I risultati offrono spunti critici sulla vulnerabilità sismica dell'edificio scolastico studiato. Integrando i risultati con le curve di fragilità probabilistiche, la ricerca identifica specifici punti deboli strutturali che aumentano la probabilità di danno o crollo sotto carichi sismici. Questa procedura completa fornisce dati cruciali per le agenzie governative e per i progettisti, offrendo le conoscenze necessarie per dare priorità ai fondi destinati al rinforzo strutturale e per implementare efficaci strategie di mitigazione del rischio su tutto il patrimonio edilizio scolastico italiano.
Seismic vulnerability assessment of an italian reinforced concrete school building through dynamic numerical analyses
Nouri, Ali
2024/2025
Abstract
Existing reinforced concrete moment frame school buildings in Italy constitute a critical asset with significant vulnerability to seismic events, largely due to construction preceding modern seismic design codes. The potential for structural failure poses a substantial risk to life safety and functional community recovery, yet traditional assessment methodologies often struggle to provide efficient probabilistic risk profiles for this diverse building stock. Consequently, the development of robust analysis methods for seismic assessment is of high importance. The national MARS project (Seismic Risk Maps) has addressed this by providing a national-scale risk assessment for 49,531 school assets through a consensus-based vulnerability model. This thesis investigates the seismic vulnerability of a representative concrete moment frame school building located in a seismic zone in Italy. Drawing upon structural archetypes developed by the MARS project, the research first evaluates vulnerability using code-based procedures and then employs the sophisticated Cloud Analysis methodology to simulate structural responses. High-fidelity numerical models are developed and subjected to numerous ground motion scenarios using Nonlinear Dynamic Analyses (NLDA). the methodology effectively maps engineering demand parameters, specifically maximum Inter-storey Drift Ratios (IDR), onto recognized damage states using established EMS-98 thresholds. To provide a comparative analysis with the MARS project's use of Peak Ground Acceleration (PGA) to achive more tailored results for the fragility curves of the building case study, the study briefly investigates the effect of alternative intensity measures, namely Housner Intensity (IH) and average spectral acceleration SA(avg), on the derivation of fragility curves. The results offer critical insights into the seismic vulnerability of the studied school building. By integrating findings with probabilistic fragility curves, the research identifies specific structural weak points that increase the likelihood of damage or collapse under seismic loads. This comprehensive procedure provides crucial data for government agencies and engineers, offering the necessary insights to prioritize retrofitting funds and implement effective risk mitigation strategies across Italy’s essential educational infrastructure.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/10589/253767