EFFECT OF MODELLING ASSUMPTIONS ON THE SEISMIC PERFORMANCE ASSESSMENT OF THIN REINFORCED CONCRETE WALL BUILDINGS

Abstract

The increasing demand for housing in emerging countries has driven the construction of a significant number of buildings using thin reinforced concrete (RC) walls with a single layer of reinforcement. Studies in Latin America have found buildings using walls as thin as 80 mm and as height as 7 stories. The advantage of this structural system relies on its economy and its construction speed; however, different concerns emerge about the seismic performance of buildings using this system. These relate to the possible lack of ductility, the scarcity of information about their behavior during earthquakes, and the absence of design guidelines supported by experimental research. Contributing to these needs, researchers have conducted several studies, most of them focused on experimental campaigns to assess the seismic behavior of thin RC walls. Despite these efforts, there is still need of more information about buildings constructed with this structural system, particularly about their analytical modelling. This research investigated the effect that different modelling assumptions have on the seismic performance assessment of buildings with thin RC walls. A six-story building constructed in Bogotá, Colombia using 100 mm walls reinforced with welded-wire mesh (WWM), was modelled in OpenSees using the shear flexure interaction multiple line vertical element model, with different assumptions for damping and steel behavior. In terms of damping, two Rayleigh damping schemes were used, one considering the initial stiffness and other with the current stiffness. For steel modeling, the material properties obtained from experimental testing were used for two approaches, one that considered buckling and other where it was ignored. For further comparison, models with deformed bars instead of WWM were created. The seismic performance of the different models was evaluated through incremental dynamic analyses, using the FEMA P695 ground motion suite. From these analyses, the interstory drift ratios, steel and concrete strains were recorded, which served as input for the development of seismic fragility functions. The results show that modelling parameters exert and influence at the different seismic performance levels, particularly on the collapse fragility of the WWM building. At the MCE level, the collapse probability observed for the WWM model with bar buckling was 14.8% higher than the model without buckling. This percentage was 7.4% for the model with damping proportional to the current stiffness compared to the model that used the initial stiffness. All things considered, the findings suggest that the modelling parameters have an influence on the analytical response of thin RC wall buildings

La creciente demanda de vivienda en los países emergentes ha impulsado la construcción de un número importante de edificios con muros delgados de hormigón armado (CR) con un solo capa de refuerzo. Estudios en América Latina han encontrado edificios con paredes tan delgadas como 80 mm y una altura de 7 pisos. La ventaja de este sistema estructural radica en su economía y su velocidad de construcción; sin embargo, surgen diferentes preocupaciones sobre el desempeño sísmico de edificios que utilizan este sistema. Estos se relacionan con la posible falta de ductilidad, la escasez de información sobre su comportamiento durante los terremotos y la ausencia de pautas de diseño respaldadas por investigaciones experimentales. Contribuyendo a estas necesidades, los investigadores han realizado varios estudios, la mayoría centrados en campañas experimentales para evaluar el comportamiento sísmico de paredes delgadas de RC. A pesar de estos esfuerzos, todavía se necesita más información sobre los edificios. construidos con este sistema estructural, particularmente sobre su modelado analítico. Esta investigación investigó el efecto que tienen diferentes suposiciones de modelado en la evaluación del desempeño sísmico de edificios con paredes delgadas de CR. Un edificio de seis pisos construido en Bogotá, Colombia utilizando muros de 100 mm reforzados con malla electrosoldada (WWM), fue modelado en OpenSees utilizando el modelo de elemento vertical de línea múltiple de interacción de flexión de corte, con diferentes supuestos para el amortiguamiento y el comportamiento del acero. En términos de amortiguamiento, dos amortiguadores de Rayleigh Se utilizaron esquemas, uno considerando la rigidez inicial y otro con la rigidez actual. Para modelado de acero, las propiedades del material obtenidas de las pruebas experimentales se utilizaron para dos enfoques, uno que consideró pandeo y otro donde se ignoró. Para una mayor comparación, se crearon modelos con barras deformadas en lugar de WWM. El comportamiento sísmico de los diferentes modelos se evaluaron a través de análisis dinámicos incrementales, utilizando la suite de movimiento del suelo FEMA P695. A partir de estos análisis, las relaciones de deriva entre pisos, acero y hormigón se registraron deformaciones, que sirvieron de insumo para el desarrollo de funciones de fragilidad sísmica. Los resultados muestran que los parámetros de modelado ejercen e influyen en los diferentes niveles de desempeño sísmico, particularmente en la fragilidad de colapso del edificio WWM. A nivel de MCE, el probabilidad de colapso observada para el modelo WWM con pandeo de barra fue 14.8% mayor que el modelo sin pandearse. Este porcentaje fue del 7,4% para el modelo con amortiguamiento proporcional a la rigidez actual en comparación con el modelo que utilizó la rigidez inicial. A fin de cuentas, los hallazgos sugieren que los parámetros de modelado tienen una influencia en el análisis respuesta de edificios de paredes delgadas de RC