Procedure Semplificate per la Valutazione Preliminare e la Classificazione di Interventi di Miglioramento Sismico Strutturale e Non-Strutturale

Recent earthquakes have demonstrated that buildings’ performance and functionality may be significantly reduced by the vulnerability of non-structural elements (NSEs). Damage to building architectural components, utility systems and contents could pose a safety risk and result in substantial monetary and functional loss. A strategy to improve the overall seismic performance of a building consists of integrating seismic upgrades to both structural and non-structural elements. However, designing a viable combination of structural and non-structural upgrades to optimize the upgrade investment may be challenging. This is because the performance of structural and non-structural elements is not independent. The seismic response of a structure represents the seismic demand on its non-structural elements. Therefore, the benefit of a structural upgrade may be reduced due to its impact on non-structural losses. On the other hand, a poor structural performance may void the benefit of a non-structural upgrade investment. This thesis proposes two frameworks for the preliminary assessment of structural and non-structural upgrades for application in different stages of a design/retrofit project when various levels of information and resources are available. The first framework, named “non-structural upgrade assessment framework”, is developed to assess non-structural upgrades using sequential steps which require different levels of sophistication of the input data. The second framework is a pushover-based framework to assess multiple combinations of structural and non-structural upgrades with a computational effort compatible with the limited resources available in a preliminary design phase. From the application of the two frameworks to steel moment-resisting frame archetype buildings, the proposed frameworks were found to be practical and efficient in the preliminary phase of the decision-making process to identify the key drivers that affect non-structural upgrade impact on seismic loss reduction, prioritize non-structural element upgrades and identify viable combinations of structural and non-structural upgrade strategies. The two proposed frameworks are intended as simplified procedures that can help harmonize the seismic performance of structural and non-structural elements and enhance the transparency of the process for identifying viable combinations of structural and non-structural upgrades. As part of this thesis, an Excel tool was also developed to facilitate the implementation of the non-structural upgrade assessment framework.

Terremoti recenti hanno dimostrato che le prestazioni sismiche e la funzionalità di un edificio possono essere significativamente ridotte a causa della vulnerabilità sismica degli elementi non-strutturali. Il danneggiamento degli elementi non-strutturali durante un terremoto può rappresentare un rischio per la sicurezza e comportare sostanziali perdite economiche. Una strategia per migliorare le prestazioni sismiche complessive di un edificio consiste nell’integrare interventi di miglioramento sismico strutturale con interventi di miglioramento sismico non-strutturale. Tuttavia, ottimizzare un investimento per il miglioramento sismico di un edificio combinando interventi strutturali e non-strutturali può essere complesso perché le prestazioni sismiche degli elementi strutturali e non strutturali non sono indipendenti. In particolare, la risposta sismica di una struttura rappresenta la domanda sismica sui suoi elementi non-strutturali. Pertanto, il beneficio di un miglioramento strutturale potrebbe essere ridotto a causa di un suo eventuale impatto negativo sulla prestazione degli elementi non-strutturali. Allo stesso tempo, una scarsa prestazione strutturale potrebbe vanificare il beneficio di un investimento per il miglioramento del comportamento sismico di elementi non-strutturali. Questa tesi propone due procedure per la valutazione preliminare di interventi di miglioramento sismico strutturale e non-strutturale. Le procedure proposte possono essere applicate utilizzando diversi livelli di dati iniziali che corrispondono alle diverse fasi di un progetto per il miglioramento sismico di un edificio. La prima procedura, denominata “Procedura per la valutazione di interventi di miglioramento sismico non-strutturale”, è composta da quattro fasi successive e può essere utilizzata per esaminare diversi interventi di miglioramento sismico di elementi non-strutturali. La seconda procedura, invece, può essere utilizzata per la valutazione preliminare di molteplici combinazioni di interventi di miglioramento strutturale e non-strutturale. L’applicazione delle due procedure proposte ad edifici archetipo ha permesso di dimostrarne l’efficacia. Le procedure proposte possono infatti essere utilizzate per identificare i fattori chiave che influenzano l'impatto di interventi di miglioramento sismico non-strutturale sulle perdite economiche totali di un edificio, classificare in maniera rapida gli interventi di miglioramento sismico di elementi non-strutturali ed identificare combinazioni di interventi di miglioramento sismico strutturale e non-strutturale che possano ottimizzare l’investimento. Le due procedure proposte possono essere utilizzate al fine di armonizzare le prestazioni sismiche degli elementi strutturali e non strutturali ed identificare in maniera semplice e immediata combinazioni di interventi di miglioramento strutturale e non strutturale efficaci. Nell'ambito di questa tesi è stato sviluppato anche un programma in Excel per facilitare l'implementazione della procedura per la valutazione di interventi di miglioramento sismico non-strutturale