New methodology to generate floor design spectra (FDS) directly from uniform hazard spectra (UHS) for seismic assessment of non-structural components (NSCs) of buildings

La plupart des codes du bâtiment récents proposent des équations empiriques pour le calcul des charges sismiques sur les éléments non-structuraux, basées sur la pratique et le jugement d'experts plutôt que l'étude objective des observations expérimentales et des analyses. Cette thèse propose une nouvelle approche de conception pour pallier ces problèmes avec une méthode qui permet de générer des spectres de réponse de planchers directement à partir des spectres uniformes d'aléas sismiques prescrits dans les codes du bâtiment. En fait, ces spectres de planchers sont les outils de base pour l'analyse sismique des éléments non-structuraux au même titre que les spectres d'aléas sismiques le sont pour la structure des bâtiments. Les spectres de planchers sont un outil d'analyse simple, rapide et efficace pour évaluer la performance des éléments non-structuraux, en particulier dans les bâtiments postcritiques. La méthode proposée pour générer ces spectres de réponse est basée sur des mesures de vibrations ambiantes dont l'analyse permet d'extraire les caractéristiques dynamiques essentielles des bâtiments. Dans cette étude, 27 bâtiments à ossature en béton armé situés à Montréal ont été instrumentés et étudiés pour élaborer et valider la méthode. La procédure a été codée dans une application MATLAB qui génère les spectres de réponse élastique des planchers du bâtiment de même que les courbes de déplacements inter-étages pour chaque étage et selon deux directions horizontales principales. L'outil inclut également différents niveaux d'amortissement des éléments non-structuraux (2, 5, 10, et 20 % d'amortissement visqueux critique) dans la gamme de périodes naturelles variant de [0-4] secondes à intervalle de 0.02 s. La méthode est validée en détail à l'aide d'une étude de cas de un bâtiments.L'application de la méthode à la base de données de mesures ambiantes des 27 bâtiments en béton armé a permis de générer un ensemble d'environ 132,000 spectres de planchers. Dans une première étape, les spectres de réponse ont été générés pour le toit du bâtiment (en fait le plancher structural le plus élevé) avec un amortissement interne du composant non-structural, ξ¬NSC=5%. Ces spectres de réponse ont été analysés statistiquement et comparés aux spectres d'aléa sismique pour le site désigné avec amortissement structural de 5% (standard spécifié aux normes parasismiques pour les bâtiments). Dans une deuxième étape, l'analyse statistique des spectres en considérant l'effet de l'amortissement des éléments non-structuraux ainsi que leur emplacement selon les étages du bâtiment a permis d'étendre l'application de la méthode à tous les planchers du bâtiment considéré, au moyen de deux coefficients qui ajustent les valeurs du spectre du plancher le plus élevé avec amortissement de 5% aux valeurs appropriées pour l'étage et l'amortissement spécifique cu composant. Ainsi, la méthode permet de produire des spectres de réponse de planchers pour la conception parasismique des éléments non-structuraux directement à partir des spectres d'aléas sismiques spécifiés par les codes pour le site du bâtiment.La méthode proposée offre plusieurs avantages techniques importants. Étant basée sur la mesure de vibrations ambiantes dans les bâtiments, elle permet de tenir compte de plusieurs facteurs ignorés jusqu'à présent dans les normes, à savoir: 1- l'interaction dynamique entre la structure du bâtiment et les éléments non-structuraux; 2- l'effet des modes de vibration de plus haute fréquence, y inclus les modes de vibration en torsion du bâtiment; et 3- l'effet de l'amortissement interne des éléments non-structuraux. La méthode permet de générer des spectres de conception exclusifs pour chaque plancher d'un bâtiment existant pour lequel des mesures de vibration ambiantes ont permis d'extraire les caractéristiques dynamiques de base, et ce directement à partir du spectre d'aléa sismique spécifié au site du bâtiment.

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