Seismic analysis and retrofitting of an existing multi-storey building in Stockholm

Throughout the years earthquakes are a huge concern for structures; causing losses of peoples’ lives, damages and collapse of homes. Usually, most of the buildings that collapse or have serious damages are mostly old buildings that do not fulfil any longer the updated regulations and building codes concerning seismic design. The purpose of this Master’s thesis is to analyse and strengthen an existing building given by the company Sweco, by using proper and innovative retrofitting techniques; considering Eurocode 8 and collected data from previous studies. The selected building is a seven-storey structure in Stockholm; consists of prefabricated concrete and steel elements and is tested under seismic loading to investigate the global behaviour of the structure using the software MIDAS GEN. Two analyses are performed; assessment analysis which includes modelling of the given structure where the structural capacities are studied. The second analysis is the seismic analysis which includes two secondary analyses; before seismic retrofitting and after seismic retrofitting respectively. In the seismic analysis before the seismic retrofitting is applied, the main scope is to identify the most critical positions of the building where it behaves abnormally and the displacements are high enough in order to modify the structure to decrease displacements. Moreover, the frequencies were obtained and examined. The second seismic analysis includes the modified structure; where it was tested with different alternative methods of seismic retrofitting in order to identify which technique is the most proper one to optimise the strength and the structural performance of the given building. Finally, it appeared that a combination of seismic retrofitting methodologies was the most suitable selection. The selected combination consists of steel bracings and prefabricated reinforced concrete walls (shear walls). After performing the seismic retrofitting analysis, results of the frequencies and displacements of the structure were acquired and compared with the un-retrofitted analysis. The obtained results displayed that using this structural modification improved by increasing the frequency in the transverse direction (y) by 57.2%, in the longitudinal direction (x) by 27.6% and rotational along the z-axis by 12.9%; lastly, by decreasing the displacements in the x- and y-direction remarkably. Consequently, a combination of innovative seismic retrofitting methods appeared to be more effective, achieving a more resistant building under seismic hazards, by improving the stability and ductility of the structure. This gives rise to further researches and investigations for future solutions regarding seismic retrofitting applications and methodologies.Jordbävningar är skakningar i marken som orsakar förluster av människors liv och leder till skador och kollaps av byggnader. Vanligtvis är de flesta byggnader som har allvarligt skadats eller kollapsat, äldre byggnader som inte längre uppfyller de uppdaterade byggreglerna för seismisk design. Syftet med detta examensarbete är att analysera och stärka en befintlig byggnad som har distribuerats av konsult företaget Sweco; lämpliga och innovativa seismisk eftermonteringsmetoder har använts för att förbättra byggnadens tillstånd med hjälp av insamlat vetenskapliga artiklar, tidskrifter och tidigare examensarbete samt svensk standard (Eurokod 8 - för dimensionering av bärverk med avseende på jordbävning). Den utdelade byggnaden är sju våningar hög och ligger i Stockholm. Den består av prefabricerade betong- och stålelement. Byggnaden kommer att testas under seismisk belastning med hjälp av programvaran MIDAS GEN, för att sedan examinera byggnadens globala beteende. Två analyser har utförts; en bedömningsanalys som innefattar granskning av den givna byggnadens kapacitet. Den andra analysen är den seismiska analysen som omfattar två sekundära analyser; en ’före applikation av seismisk eftermonteringsmetod’ och en ’efter applikation av seismisk eftermonteringsmetod’. I den första seismiska analysen, identifieras de mest kritiska positionerna där byggnadens beteende är avvikande med höga förskjutningar och låga frekvenser; således, är behovet av att modifiera och förbättra byggnadens prestanda betydande. Den andra seismiska analysen innefattar den modifierade byggnaden, som har testats med olika alternativa seismiska eftermonteringsmetoder för att identifiera vilken teknik som är mest passande för att optimera byggnadens hållfasthet, elasticitet och prestanda. Efter många experimentella försök, framgick det att en kombination av varierande seismiska eftermonteringsmetoder var det mest lämpliga urvalet. Den valda kombinationen består av stålfackverk och skjuvväggar. Efter genomförandet av den seismiska eftermonteringsanalysen erhölls resultat av frekvensen och förskjutningarna av byggnaden som sedan jämfördes med den första seismiska analysen, innan en eftermonteringsmetod var tillämpad. De erhållna resultaten visade att valet av denna modifikation har förbättrat byggnadens prestanda genom att öka frekvensen i tvärriktningen (y) med 57,2%, i längdriktningen (x) med 27.6% och rotationsfrekvensen längs z-axeln med 12.9%; slutligen, genom att minska förskjutningarna i x- och y-riktningen anmärkningsvärt. Följaktligen, verkade en kombination av varierande seismiska eftermonteringsmetoder vara effektiv, vilket resulterade i en seismisk resistent byggnad med avsevärt god hållfasthet, elasticitet och stabilitet. Denna forskning ger upphov till ytterligare efterforskningar och undersökningar för framtida lösningar avseende seismiska eftermonteringsapplikationer och metoder