lez1-_sistemi_strutturali

30/05/2012

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PDF Lezioni sul sito:www2.unibas.it/ponzo

Prof. Ing. Felice Carlo Ponzo

Mettere figura


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Cinematica delle strutture

Produzione di profilati e lamiere in acciaieria

Trasformazione in elementi strutturali e preassemblaggi

Trasporto e montaggio in cantiere


Nodo trave colonna

Giunzioni in cemento armato

Giunzioni inacciaio

Naturale monoliticit

Maggiori oneri di realizzazioneper declassare il vincolo

Il grado di vincolo tende adessere minore

Onerosit di realizzazioneGrado di vincolo maggiore


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Attenzione ad eventuali Condizioni di Labilit

Necessit di controventi

Labilit


Stabilit degli elementi strutturali

reale

ideale

LEGAME COSTITUTIVO ACCIAIO

Efficienza:(Res/Ps)x103

C.A.: 30 40Acciaio: 200 300


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Stabilit degli elementi strutturali

Spessori sottili, elementi snelli INSTABILITA

a Asta idealeb Asta industriale elastica

c Asta industrialeelasto - plastica

N cr = 2EA / 2

= Lc/i


LEGAME COSTITUTIVO DI UN ASTA D ACCIAIO

TRAZIONE Resistenza

Resistenza

SnellezzaImperfezioni

COMPRESSIONE


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Comportamento nello spazio delle strutture

Per controllare e per eliminare ipostaticit o labilit

Concezione della struttura tridimensionale

Gli effetti dellinstabilit vannovalutati nel piano e fuori piano


Effetti del peso proprio

ALTA EFFICIENZA Effetti del peso proprio trascurabile Sensibilit ai carichi accidentali

C.A.: Peso proprio copertura=200 300 [Kg/m2]ACCIAIO: Peso proprio=15 30 [Kg/ m2]

VENTO : 30 50 [Kg/ m2]

NEVE: 90 [Kg/m2]


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Deformabilit degli elementi strutturali

C.A. : / E = 0,3 * 10-3ACCIAIO : / E = 1.0 * 10-3

hL

E245

Lv

2WhI

EIqL

3845

v

WqL

81

maxmax

4

max

2

=

=

=

=


Interazione M N

ACCIAIO

Interazione M N Sempre Sfavorevole

C.A.

Interazione M N Sempre Favorevole


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Edifici multi piano

Un edificio multipiano una serie di impalcati poggianti su colonne


Effetti di azioni verticali

I carichi verticali dovranno raggiungere il sistema di fondazione:

mediante le travi disposte ad un interasse compatibile;

Tali travi scaricano gli effetti del carico F sulle colonne


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Pannelli in latero cementogettati in opera

Pannelli in latero cemento

prefabbricati

Lamiera grecata riempita da inerte o

cls collaborante

Effetti delle azioni verticali


Effetti delle azioni orizzontali

Attraverso un elemento coprente inflesso esso verr riportato in corrispondenza di due piani contigui

I suoi effetti dovranno ancora raggiungere il sistema di fondazione: attraverso elementi resistenti vengono riportati ai nodi delle colonne da queste in fondazione


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Tipologie strutturali

SVANTAGGI

Giunzioni impegnative ed onerose

Interazioni M N nelle colonne

Elevata deformabilit globale alle azioni orizzontali

TELAI: Insieme di elementi rigidamente connessi, capaci di resistere ad azioni assiali, flettenti e taglianti


Sottostrutture e/o elementi per la trasmissione delle azioni verticali

Sottostrutture e/o elementi per la trasmissione delle azioni orizzontali

SPECIALIZZAZIONE DELLE FUNZIONI:



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VANTAGGI Giunzioni semplici (a cerniera) Interazione M N ridotta o nulla Deformabilit pi controllabile

SVANTAGGI Ingombro delle strutture di

controvento Aggravio del sistema fondazione



LE STRUTTURE CONTROVENTATE POSSONO REALIZZARSI CON

Nuclei di calcestruzzo armato (scale , ascensori) Strutture reticolari in acciaio

Le strutture di controvento sono impegnate a taglio e flessione

Controllo di deformabilit sotto carichi di esercizio



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CORRETTO FUNZIONAMENTO DI UNA STRUTTURA CONTRAVENTATA

Impalcati rigidi e resistenti nel loro piano

Controventi in numero e posizioni tali da vincolare gli impalcati in maniera almeno isostatica

Inserire delle diagonali fra nodo e nodo o considerare reagente la solettaI controventi devono considerarsi vincoli semplici, doppi o tripli

Il controvento di piano in grado di ricevere delle

forze esterne e trasmetterle ai tre

controventi verticali


CORRETTO FUNZIONAMENTO DI UNA STRUTTURA CONTRAVENTATA

Effetto di carichi incidenti

3213

212

211

FFFRL/)aFa2F(2/qLRL/)aFa2F(2/qLR

++=

+=

++=


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RIDUZIONE DELLE STRUTTURE SPAZIALI IN SOTTOSTRUTTURE PIANE

Collegamento ai controventi verticali tramite i controventi

di piano


CONTROVENTAMENTO MEDIANTE NUCLEO, IN C.A.


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CONTROVENTAMENTO MEDIANTE NUCLEO, IN C.A.

Il nucleo vincola i solai alla traslazione secondo X e Y e, per rigidezza torsionale, alla rotazione


Fine Lezione

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Edifici monopiano

Copertura a maglie con almeno una dimensione di entit notevole ( L 15m ) Possibile presenza di vie di corsa per lo scorrimento del carroponte


EFFETTI DELLE AZIONI VERTICALI

In caso di forti interassi ( > 4m) la trasmissione agli elementi principali avviene tramite travi secondarie e arcarecci

ARCARECCI: Inflessione nei due piani


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Suddivisione della copertura nella direzione del piano di falda

Possibili schemi statici (lunghezza commerciale dei profilati ~ 12m)


ARCARECCI GIUNZIONI

Interamente bullonato

Parzialmente bullonato

Cerniera perfetta


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Giunzioni con la briglia superiore

TRAVI PRINCIPALI

Briglia superiore compressa

ARCARECCI GIUNZIONI


Briglia superiore presso - inflessa

Briglia superiore presso - inflessa

TRAVI PRINCIPALI


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TRASMISSIONE DEL CARICO ALLE COLONNE

indirettamente tramite una trave di bordo

direttamente


TRAVI RETICOLARI

A CESOIA

FINK 0POLONCEAU

INGLESE O HOWE


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WARREN

PRATT O MOHNIE

BOWSTRING

TRAVI RETICOLARI


LUNGHEZZA DI LIBERA INFLESSIONE FUORI DAL PIANO E

NEL PIANO

E necessario disporre controventature nel piano della copertura anche per resistere

alle azioni orizzontali

Controvento Trasversale

Controvento Longitudinale


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EFFETTI DELLE AZIONI ORIZZONTALIAZIONI ORIZZONTALI : Sisma, Vento, CarriponteVENTO: - facciata trasversale con montanti verticali e listelli orizzontali

- listelli inflessi nel piano orizzontale e verticale- montanti (flessione trasv.) appoggiate al terreno ed in copertura


VIE DI CORSA PER CARRIPONTE

AZIONI ORIZZONTALI AZIONI LONGITUDINALI

Carriponti modesti Trave a doppio T


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TIPOLOGIE STRUTTURALIV1: CoperturaV2: CarroponteV3: Peso proprioV4: FacciataW1, W2: Vento

COPERTURA: Stabilizzazione degli elementi compressi e trasmissione delle azioni orizzontali mediante pannelli di copertura adeguatamente solidarizzati

agli altri elementi strutturali

Ht: Forze orizzontali dovute al carroponte


COPERTURA : Stabilizzazione degli elementi compressi e trasmissione delle azioni orizzontali mediante controventature

L c,h : Lunghezza libera dinflessione della briglia superiore della capriata

TIPOLOGIE STRUTTURALI

Orditura di controventi che rende fissa la copertura

Controventatura longitudinale

Controventatura trasversale


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le capriate appoggiano tutte sulle colonne, non pi

necessaria una controventatura longitudinale

le capriate non sono collegate agli arcarecci intermedi

Lc,h : Lunghezza libera dinflessione della briglia superiore della capriata



STRUTTURE VERTICALI

TELAI TRASVERSALI E LONGITUDINALI

Aggravio per le colonne soprattutto per

sezioni a I


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CONTROVENTI TRASVERSALI E LONGITUDINALI

Ottimizza il comportamento

delle colonne ma maggior onere per

la copertura



TELAI TRASVESALI CONTROVENTATI LONGITUDINALMENTE

Soluzione pi frequente



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SOLUZIONI A TELAI TRASVERSALI E CONTROVENTI LONGITUDINALI

Controventi per la riduzione della

lunghezza di libera inflessione


CONTROVENTI :

A Croce di S. Andrea

Soluzione a ingombroridotto

Sfavorevole per le coazioni termiche


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TELAI TRASVERSALI

Carriponte di portata limitata

Carriponte impegnativi

Telaio classico

Telaio a traversi rigidi


POSSIBILI SOLUZIONI : TELAI TRASVERSALI

Colonne a mensola (necessarie colonne

molto rigide)

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STABILIZZAZIONE DEI NODI DELLA BRIGLIA INFERIORE

TELAI TRASVERSALI

Controventature longitudinali

Elementi tesi


Modelli di calcolo

TEOREMA STATICO DEL CALCOLO A ROTTURAIn una struttura soggetta ad un sistema di forze esterne Fj, sia u ilmoltiplicatore di collasso reale della struttura, cio siano uFj i valori dei carichiche portano al collasso della struttura. Se per un generico valore dei carichi Fjsi pu trovare una distribuzione di azioni interne che sia equilibrata con le forzeesterne Fj sar :

u

VALIDO SE: Non si hanno instabilit degli elementi Gli effetti del secondo ordine sono trascurabili Le deformazioni sono inferiori a quelle a rottura

Le connessioni reali sono, in genere, molto diverse dalle idealizzazione assuntePer stabilire se lidealizzazione a favore di sicurezza si pu far ricorso al:

Risulta perci a favore di sicurezza qualsiasi soluzione che pur violando lacongruenza: - sia equilibrata

- rispetti la resistenza dei materiali- possa contare su unadeguata duttilit


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SCHEMA PENDOLARE

Differenti localizzazioni delle cerniere ideali


SCHEMA PENDOLARE


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SCHEMA1

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V(x-x) = R1; M(x-x) R1a V = R1 ; M(y-y) = R1(a + e)

N = R1B+R2B ; M = (R1B - R2B)a

LUCE TRAVE = L - 2a

N = R1 ; M = R1a

N = R1 ; M = R1(a + e) N = R1B+R2B ; M = (R1B - R2B) (a + e)LUCE TRAVE = L 2(a + e)

LUCE TRAVE = L

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SCHEMA PENDOLARE


Le cerniere ideali possono essere disposte equivalentemente nelle tre posizioniillustrate, purch i vari elementi strutturali siano dimensionati correttamente.

Fine lezione

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SCHEMA PENDOLARE

Minimizza la sollecitazione nelle colonne

Favorevole se le colonne sono

orientate secondo la rigidezza massima

La scelta tra i tre modelli precedenti verr fatta individuando lelemento strutturale o la giunzione che costituisce il punto debole della struttura: si preferisce per esso lo schema che minimizza lo stato di sollecitazione


Le reazioni Hi di ciascun piano vanno a caricare il controvento

verticale

i

ii

Ki hMHH 2

1

1+=

SCHEMA PENDOLARE


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TRACCIATURA DELLE TRAVI RETICOLARIModellazione con aste incernierate allestremit

DEVONO ESSERE SODDISFATTE LE SEGUENTI CONDIZIONI: la lunghezza di libera inflessione deve essere pari alla distanza fra le cerniere lo schema della trave deve essere tracciato secondo gli assi baricentrici

Asse di Truschino


TRACCIATURA DELLE TRAVI RETICOLARI

Tracciamento sugli assi di Truschino

baricentri

truschino

N2N1 C B

A

N4

e

e2

N3

Momento parassita = N4 e


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TRAVI RETICOLARI DI CONTROVENTO

Legame N - uguale in trazione e compressione


Legame N - differenziato in trazione e compressione

Azione assiale inferiore nellasta compressa ( < 100 ) Dimensionamento a diagonali solo tese ( > 200 )

TRAVI RETICOLARI DI CONTROVENTO


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DIMENSIONAMENTO AD ASTE TESE E COMPRESSE E AD ASTE SOLO TESE

Il dimensionamento ad aste solo tese porta a strutture pi deformabili

Verificare che le aste siano idonee a

sopportare il carico di compressione

Verificare che le aste siano idonee a

sbandare restando elastiche ( elevata)


CONTROVENTI DI FALDA DI COPERTURA

DUE METODI DI CALCOLO: Arcarecci tesi e compressi Arcarecci solo tesi


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ARCARECCI DI COPERTURA

GERBER

APPOGGI ELASTICI

SOLUZIONE EQULIBRATA


= 0 ottimizza la trave principale = 0,08579 ottimizza gli arcarecci

Mmax Mi R

0 qL2/8 0 qL

0,05 qL2/9,88 qL2/20 1,1qL

0,0625 qL2/10,44 qL2/16 1,125qL

0,08579 qL2/11,66 qL2/11,66 1,171qL

( )[ ]

=

+=

=

=

15,0125,0

22

2max

2

qLMLMqLR

LMqLR

qLM

iB

iA

i

ARCARECCI DI COPERTURA


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RIPARTIZIONE DELLE FORZE ORIZZONTALI TRA I CONTROVENTI VERTICALI

SISTEMA ISOSTATICO SISTEMA IPERSTATICO

Calcolo delle reazioni fra solai e singoli elementi di controvento

- Rigidezza degli elementi orizzontali del solaio

- Rigidezza degli elementi del sistema controventante


SISTEMI IPERSTATICI Ripartizione delle forze orizzontali secondo il metodo semplificativo

Con lipotesi di impalcato rigido:

Ripartizione semplificatapiano per piano

RIPARTIZIONE DELLE FORZE ORIZZONTALI TRA I CONTROVENTI VERTICALI


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