Managing Wind Risk on Long Span Roofs

Olivato, Giuseppe

A number of modern structures characterized by a relevant impact and elegance often coupled with lightness and irregular shapes are dramatically exposed to the wind aerodynamic action, which becomes a key factor in their safety assessment. These structures are involved into a global and complex design process in which players like the environment and social sciences join engineering in order to guarantee an optimal result under several aspects, not the last the economical aspect. In this background, it is not possible trusting into unreliable deterministic considerations, where the over-engineering would assure the result. The attention is now shifted to overall frameworks of Performance-Based Design aimed to specific performance targets and their optimization. In particular, the criteria to ensure the achievement of the results are expressed in terms of risk of failure. This work of thesis presents a general framework for calculating all the possible structural damages and subsequently economic losses after a natural catastrophic event. The framework is adjusted and applied to the specific case study of the covering of the Stadium of Braga in Portugal, where the hazard of a windstorm, the loads that the latter enforces on the covering, the structural response, the resulting damages and other consequences are hierarchically calculated. Particular emphasis, and original contribution of the work, is paid on the evaluation of the dynamic response of the structure. Pressure fluctuations on buildings produced by storms have a complex temporal and spatial organization and their study, keeping under control the whole physical phenomena, is quite difficult. Accordingly, some suitable tools like the orthogonal decomposition are adopted in order to handle the huge amount of data. Moreover a consistent and operative procedure aimed at enhancing the assessment of the aerodynamic wind pressure on the covering is provided. This work addresses a fundamental topic for the risk assessment; the results achieved by the duly application of the framework can be successfully transferred to other actors involved in the management and the governmental processes devoted to natural hazards.

Zahlreiche moderne Bauwerke zeichnen sich durch Eleganz, Helligkeit und unregelmäßige Formen aus und sind in extremer Weise aerodynamischen Kräften ausgesetzt, welche eine zentrale Rolle in Sicherheitsanalysen einnehmen. An der Planung derartiger Bauwerke sind viele Fachrichtungen, auch Umwelt- und Sozialwissenschaften, beteiligt, um einen optimalen Bauwerksentwurf zu gewährleisten, wobei nicht zuletzt ökonomische Aspekte von großer Bedeutung sind. Daher ist es oft nicht empfehlenswert, deterministische Verfahren einzusetzen, da diese zur Überdimensionierung von Bauelementen führen können. Stattdessen werden Bauwerke heutzutage zunehmend für verschiedene Gefährdungsstufen bemessen, um die Wirtschaftlichkeit der Baumaßnahme sicher zu stellen und das Versagensrisiko zu bewerten. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik vorgestellt, mit der alle möglichen strukturellen Schäden eines Bauwerks rechnerisch erfassbar und die damit einhergehenden ökonomischen Schäden abschätzbar sind, die mit einer Naturkatastrophe einhergehen. Die Methodik wird auf die Überdachung des Stadions in Braga, Portugal, angewendet, wobei die Gefahr eines Sturms, die infolge des Sturms induzierten Lasten auf das Bauwerk, die strukturelle Antwort sowie die resultierenden Schäden und weitergehende Konsequenzen berechnet werden. Hierbei findet die Bewertung der dynamischen Antwort des Bauwerks besondere Beachtung, da Druckschwankungen infolge des Sturms komplexe zeitliche und räumliche Verteilungen aufweisen können. Daher werden Verfahren wie die orthogonale Zerlegung angewendet, um den Berechnungsaufwand zu verringern. Ferner wird eine konsistente operative Methode vorgestellt, die eine verbesserte Erfassung des aerodynamischen Winddrucks auf Überdachungen erlaubt. Die Arbeit adressiert eine fundamentale Fragestellung in der Risikobewertung. Die Ergebnisse, die aus der Anwendung der vorgestellten Methodik resultieren, können für alle im Risikomanagement von Naturkatastrophen involvierten Ingenieure und Institutionen von großer Bedeutung sein.

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Olivato, Giuseppe: Managing Wind Risk on Long Span Roofs. 2010.

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