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STRUTTURE IN ACCIAIOSTRUTTURE IN ACCIAIO

S.T.S. s.r.l. Software Tecnico Scientifico


Strutture in acciaio


A seguito degli eventi sismici più disastrosi verificatisi in passato le strutture in acciaio hanno resistito meglio di quelle in c.a.

Sono leggere

Sono state progettate tenendo conto della azioni laterali del vento

Ancora adesso usualmente le strutture in acciaio risentono meno delle azioni sismiche rispetto alle strutture in c.a.

e questo perché:

Per tali ragioni il D.M. ’08 consente di progettare strutture in acciaio senza tenere conto degli effetti benefici legati al comportamento non lineare (duttilità)


Strutture in acciaio


Nel D.M. ’08 sono previste due categorie di strutture acciaio, aventi differenti comportamenti sotto l’evento sismico

Strutture dissipative

Strutture non dissipative

Nel caso di comportamento strutturale non dissipativo la resistenza delle membrature e dei collegamenti deve essere valutata in accordo con le regole di cui al § 4.2. delle presenti norme, non essendo necessario soddisfare i requisiti di duttilità.

Nel caso di comportamento strutturale dissipativo le strutture devono essere progettate in maniera tale che le zone dissipative si sviluppino ove la plasticizzazione o l’instabilità locale o altri fenomeni di degrado dovuti al comportamento isteretico non influenzano la stabilità globale della struttura.


Strutture in acciaio non dissipative


Tale criterio di progettazione non sarebbe pensabile per le strutture in c.a. A seguito delle masse elevate si otterrebbero forze sismiche non equilibrabili dalla struttura

Le strutture non dissipative devono essere progettate per rimanere in campo elastico anche sotto sismi severi (Spettri di progetto per gli S.L.U.)




Vantaggi

- È ammesso un calcolo in campo elastico lineare (non si considera in alcun modo il campo plastico del materiale)

- La progettazione procede secondo le solite consuetudini degli edifici in acciaio e senza particolari prescrizioni nella verifica delle aste o dei collegamenti (con la sola differenza di adottare verifiche agli S.L.U.)I vantaggi della scelta di realizzare

strutture non dissipative risiedono tutti nella semplicità della progettazione e della realizzazione

della struttura




Svantaggi

- L’unico svantaggio è che deve essere adottato un fattore di struttura q = 1 ( Eurocodici q = 1.5 ), con conseguente elevato valore dell’accelerazione sismica di progetto

Tale disposizione imposta dal D.M. ‘08 è una diretta conseguenza dell’aver scelto la categoria delle strutture non dissipative, progettate per rimanere sempre in campo elastico, senza alcuna capacità di dissipare energia


Strutture in acciaio dissipative


Queste strutture sono in grado di dissipare energia a seguito della loro duttilità evolvendo in campo plastico

È possibile ottenere valori anche elevati del fattore di struttura (1 < q < 6.5) con conseguente riduzione delle accelerazioni sismiche di progetto




Queste strutture sono in grado di dissipare energia a seguito della loro duttilità evolvendo in campo plastico

È possibile ottenere valori anche elevati del fattore di struttura (1 < q < 6.5) con conseguente riduzione delle accelerazioni sismiche di progetto

Per le strutture dissipative in acciaio valgono i concetti sul comportamento non lineare e sulla duttilità strutturale già esposti per le strutture in c.a.




Svantaggi

- Devono essere seguite una serie di prescrizioni progettuali e costruttive e devono essere eseguite verifiche aggiuntive allo scopo di garantire un’adeguata duttilità strutturale

- In ogni caso non tutte le strutture in acciaio possono essere progettate come dissipative, ma solo quelle aventi determinate tipologie strutturali

- Tali prescrizioni si differenziano a seconda che sia scelta la classe di duttilità alta (C.D. A) o bassa (C.D. B)




Tipologie strutturaliTipologie strutturali di strutture in acciaio che possono essere progettate come dissipative




Tipologie strutturali

a) Strutture intelaiate: composte da telai che resistono alle forze orizzontali con un comportamento prevalentemente flessionale. In queste strutture le zone dissipative sono principalmente collocate alle estremità delle travi in prossimità dei collegamenti trave-colonna, dove si possono formare le cerniere plastiche e l’energia viene dissipata per mezzo della flessione ciclica plastica.

strutture intelaiate





a) Strutture con controventi concentrici: nei quali le forze orizzontali sono assorbite principalmente da membrature soggette a forze assiali. In queste strutture le zone dissipative sono principalmente collocate nelle diagonali tese. Pertanto possono essere considerati in questa tipologia solo quei controventi per cui lo snervamento delle diagonali tese precede il raggiungimento della resistenza delle aste strettamente necessarie ad equilibrare i carichi esterni. I controventi reticolari concentrici possono essere distinti nelle seguenti tre categorie:b1) controventi con diagonale tesa attiva, in cui la resistenza alle forze orizzontali e le capacità dissipative sono affidate alle aste diagonali soggette a trazione.

strutture con controventi concentrici a diagonale tesa attiva





a) Strutture con controventi concentrici: nei quali le forze orizzontali sono assorbite principalmente da membrature soggette a forze assiali. In queste strutture le zone dissipative sono principalmente collocate nelle diagonali tese. Pertanto possono essere considerati in questa tipologia solo quei controventi per cui lo snervamento delle diagonali tese precede il raggiungimento della resistenza delle aste strettamente necessarie ad equilibrare i carichi esterni. I controventi reticolari concentrici possono essere distinti nelle seguenti tre categorie:b2) controventi a V, in cui le forze orizzontali devono essere assorbite considerando sia le diagonali tese che quelle compresse. Il punto d’intersezione di queste diagonali giace su di una membratura orizzontale che deve essere continua.

strutture con controventi concentrici a V





a) Strutture con controventi concentrici: nei quali le forze orizzontali sono assorbite principalmente da membrature soggette a forze assiali. In queste strutture le zone dissipative sono principalmente collocate nelle diagonali tese. Pertanto possono essere considerati in questa tipologia solo quei controventi per cui lo snervamento delle diagonali tese precede il raggiungimento della resistenza delle aste strettamente necessarie ad equilibrare i carichi esterni. I controventi reticolari concentrici possono essere distinti nelle seguenti tre categorie:b3) controventi a K, in cui il punto d’intersezione delle diagonali giace su una colonna. Questa categoria non deve essere considerata dissipativa in quanto il meccanismo di collasso coinvolge la colonna.

strutture con controventi concentrici a K





a) Strutture con controventi eccentrici: nei quali le forze orizzontali sono principalmente assorbite da membrature caricate assialmente, ma la presenza di eccentricità di schema permette la dissipazione di energia nei traversi per mezzo del comportamento ciclico a flessione e/o taglio. I controventi eccentrici possono essere classificati come dissipativi quando la plasticizzazione dei traversi dovuta alla flessione e/o al taglio precede il raggiungimento della resistenza ultima delle altre parti strutturali.

strutture con controventi eccentrici





a) strutture a mensola o a pendolo inverso: costituite da membrature pressoinflesse in cui le zone dissipative sono collocate alla base.

b) Strutture intelaiate con controventi concentrici: nelle quali le azioni orizzontali sono assorbite sia da telai che da controventi agenti nel medesimo piano.

c) Strutture intelaiate con tamponature: costituite da tamponature in muratura o calcestruzzo non collegate ma in contatto con le strutture intelaiate.

strutture a pendolo inverso strutture intelaiate con controventi concentrici





Tipologie strutturali differenti da quelle previste risultano in generale scarsamente duttili, e devono essere progettate come non dissipative


Strutture in acciaio dissipativeFattore di struttura


( )

−⋅+⋅⋅⋅⋅=

BOBOge T

TFq

TTF

qSaTS 11

( ) Oge Fq

SaTS ⋅⋅⋅= 1

( )

⋅⋅⋅⋅=

TTF

qSaTS C

Oge1

( )

⋅⋅⋅⋅⋅= 2

1T

TTFq

SaTS DCOge

TTD ≤

DC TTT <≤

TcTTB <≤

BTT <≤0

Le ordinate spettrali sono ridotte sempre tramite il fattore di struttura q




Fattore di struttura

RKqq ⋅= 0

q0 = parametro funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilità





KR Tipologia Strutturale

1.0 Edifici Regolari in Altezza

0.8 Edifici Non Regolari in Altezza

RKqq ⋅= 0

KR = parametro funzione della regolarità dell’edificio





RKqq ⋅= 0

I valori del fattore di struttura possono essere assunti come validi si garantisce adeguata duttilità al sistema strutturale

A tale scopo sono fissate una serie regole di dettaglio da rispettare, differenti per le diverse tipologie strutturali





RKqq ⋅= 0

I valori del fattore di struttura possono essere assunti come validi si garantisce adeguata duttilità al sistema strutturale

A tale scopo sono fissate una serie regole di dettaglio da rispettare, differenti per le diverse tipologie strutturali

Tali regole hanno lo scopo di scongiurare le modalità di collasso fragili e di conseguenza di conferire duttilità alla struttura, e rappresentano quindi l’applicazione del criterio della gerarchia delle resistenze alle strutture in acciaio




Regole di dettaglio

Si distinguono nei seguenti ambiti:

Regole di dettaglio per tutte le tipologie strutturali Regole di dettaglio per le strutture intelaiate Regole di dettaglio per le strutture a controventi concentrici Regole di dettaglio per le strutture a controventi eccentrici


Regole di dettaglio per tutte le tipologie strutturali


Parti compresse delle membrature

Fra le modalità di collasso fragile nelle strutture in acciaio riveste particolare importanza quella dovuta ad instabilità





Fra le modalità di collasso fragile nelle strutture in acciaio riveste particolare importanza quella dovuta ad instabilità

Il collasso per instabilità si manifesta usualmente con membrature ancora in campo elastico, con conseguente comportamento fragile del sistema strutturale

p

p p

u

pe 2 2

2 20

eEI EAp

lπ π

λ= =





Le sezioni sono classificate in funzione della duttilità nei confronti dei fenomeni di instabilità locale





La vecchia Ordinanza 3274 utilizzava il parametro S per la classificazione delle sezioni. S rappresenta il rapporto tra la tensione che determina la instabilità locale dell' asta fi e la tensione di snervamento fy

Il concetto del D.M. ‘08 e' fondamentalmente lo stesso, ma si utilizzano più semplici valutazioni basate su rapporti geometrici della sezione codificati in apposite tabelle




Parti compresse delle membratureRapporti geometrici della sezione tubolare

C.D.S. Win provvede automaticamente alla valutazione della classe della sezione





In funzione della classe di duttilità adottata (alta o bassa) è possibile o meno utilizzare alcune sezioni


Regole di dettaglio per strutture intelaiate


Riguardano il dimensionamento di

travi

colonne

collegamenti trave-colonna

collegamenti colonna-fondazione




Verifica di resistenza delle travi

La resistenza flessionale plastica e la capacità di rotazione non devono essere inficiate dalla contemporanea presenza di taglio e sforzo normale. Ciò si ritiene soddisfatto se risulta:




Verifica di resistenza delle colonne

Le colonne devono essere progettate con le azioni

Tali relazioni derivano direttamente dal criterio della Gerarchia delle resistenze

Ω è il minimo valore tra Mpl,Rd,i / MEd,i di tutte le travi in cui si attende la formazione di cerniere plastiche.




Verifica a taglio delle colonne

Anche questa limitazione deriva direttamente dal criterio della Gerarchia delle resistenze (il taglio di progetto deve essere inferiore al 50% del taglio plastico)




Gerarchia delle resistenzePer i telai ad alta e bassa duttilità il meccanismo di collasso deve essere controllato a mezzo del metodo della gerarchia delle resistenze

Collasso globale Collasso di piano




Gerarchia delle resistenze

Questa condizione garantisce la formazione della cerniera plastica nella trave (più duttile del pilastro)

Per telai ad alta duttilità i momenti plastici di travi e pilastri convergenti ad uno stesso nodo devono rispettare la condizione





Per entrambe le classi duttilità nei collegamenti trave-colonna deve essere garantita la sovraresistenza del collegamento per consentire la formazione di cerniere plastiche alle estremità delle travi

Il collegamento deve essere sovraresistente (circa il 140% rispetto al momento plastico della trave)





Per entrambe le classi duttilità nei collegamenti colonna-fondazione deve essere garantita la sovraresistenza del collegamento

Garantisce la formazione di cerniere plastiche nella colonna e non nel collegamento


Regole di dettaglio per le strutture intelaiate



Per entrambe le classi duttilità nei pannelli nodali il taglio di progetto deve rispettare la condizione:

Si evitano fenomeni di plasticizzazione od instabilità a taglio (scarsamente duttili)





Per entrambe le classi duttilità nei pannelli nodali è necessario escludere la plasticizzazione a taglio

La prestazione richiesta ai pannelli nodali è almeno il doppio di quella richiesta dai consueti metodi





Per i pannelli nodali risulta praticamente obbligata la scelta di soluzioni con irrigidimenti


Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici


Riguardano il dimensionamento di

travi

colonne

controventi

collegamenti

distribuzione in altezza delle rigidezze laterali di piano




Rigidezza laterale di piano

Ad ogni piano ed in ogni direzione al variare del verso del sisma la struttura deve esibire rigidezza tale che




Diagonali di controvento

Le diagonali devono essere ad instabilità controllata

Tale prescrizione si prefigge i seguenti scopi:

prevenire danneggiamenti dei fazzoletti di collegamento a causa di azioni fuori del loro piano

prevenire rotture del controvento per fenomeni di snervamento ciclico a trazione non compensati (a causa della instabilità) dai successivi cicli di compressione




Diagonali di controvento

Le sezioni dei controventi devono appartenere alle Classi 1 o 2

Risultano esclusi i profili angolari





I collegamenti devono essere sovraresistenti

Sollecitazioni di progetto in travi e colonne


STRUTTURE IN LEGNOSTRUTTURE IN LEGNO



Strutture in legno


Proprietà meccaniche del materiale

Il valore di calcolo Xd di una proprietà del materiale (ad es. resistenza) viene calcolato come

mod kd

M

k XXγ

=

Xk : valore caratteristico della proprietà del materiale determinato base di prove svolte in condizioni (durata del carico, umidità) definite dalle norme europee

γM : coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale

kmod : coefficiente correttivo che tiene conto dell’effetto, sui parametri di resistenza, della durata del carico e dell’umidità della struttura


Strutture in legno



Coefficiente parziale del materiale γM


Strutture in legno



Classe di servizio (umidità del legno)


Strutture in legno



Classe di durata del carico


Strutture in legno




Tipo di carico Classe di durataPeso proprio e carichi non rimovibili durante il normale esercizio della struttura

Permanente

Carichi permanenti suscettibili di cambiamenti durante il normale esercizio della struttura e carichi variabili relativi a magazzini e depositi

Lunga durata

Carichi variabili degli edifici, ad eccezione di quelli relativi a magazzini e depositi

Media durata

Sovraccarico da neve Breve durataAzione del vento ed azioni eccezionali (sisma) Istantaneo


Strutture in legno



Coefficiente correttivo kmod

Il coefficiente correttivo kmod dipende da: mod kd

M

k XXγ

=

- Classe di servizio


Strutture in legnoProprietà meccaniche del materiale

Coefficiente correttivo kmod

Il coefficiente correttivo kmod dipende da: mod kd

M

k XXγ

=

- Classe di servizio


- Classe di durata del carico


Strutture in legno



Classe legno



Classe legno


Legno massiccio



Classe legno

Legno massiccio

Legno lamellare incollato



Strutture in legno



Resistenze materiale


Strutture in legno



Classe di servizio


Strutture in legno





Strutture in legno


Verifiche di resistenza agli S.L.U.

A causa dell’anisotropia del materiale, le verifiche degli stati tensionali di trazione e compressione si devono eseguire tenendo conto dell’angolo tra direzione della fibratura e direzione della tensione


Strutture in legnoVerifiche di resistenza agli S.L.U.


Trazione parallela alla fibratura

,0, ,0,t d t dfσ ≤ ,0,

,0,

t d

t dfσ =

=tensione di calcolo a trazioneresistenza di calcolo a trazione

Compressione parallela alla fibratura

,0, ,0,c d c dfσ ≤ ,0,

,0,

c d

c dfσ =

=tensione di calcolo a compressioneresistenza di calcolo a compressione




Flessione

, , , ,, , , ,

, , , , , , , ,

1 ; 1m y d m y dm z d m z dm m

m y d m z d m y d m z d

k kf f f f

σ σσ σ+ ≤ + ≤

, , , ,

, , , ,

,,

m y d m z d

m y d m z df fσ σ =

=

tensioni di calcolo massime per flessioneresistenza di calcolo a flessione

km = coefficiente che tiene conto convenzionalmente della ridistribuzione delle tensioni e della disomogeneità del materiale

0.71.0mk

=

sezione rettangolarealtre sezioni




Tensoflessione

, , , ,,0, , , ,0, , ,

,0, , , , , ,0, , , , ,

1 ; 1m y d m y dt d m z d t d m z dm m

t d m y d m z d t d m y d m z d

k kf f f f f f

σ σσ σ σ σ+ + ≤ + + ≤

Pressoflessione

2 2

, , , ,,0, , , ,0, , ,

,0, , , , , ,0, , , , ,

1 ; 1m y d m y dc d m z d c d m z dm m

c d m y d m z d c d m y d m z d

k kf f f f f f

σ σσ σ σ σ + + ≤ + + ≤

Le tensioni per compressione sono considerate meno gravose di quelle per flessione




Taglio

,d v dfτ ≤,

d

v dfτ =

=tensione tangenziale massima di calcolo per taglioresistenza di calcolo a taglio

Torsione

, ,tor d sh v dh fτ ≤,

,

tor d

v dfτ =

=tensione tangenziale massima di calcolo per torsione

resistenza di calcolo a taglio

hsv = coefficiente che tiene conto della forma della sezione

1.21 0.151

mk h b= +

sezione circolaresezione rettangolarealtre sezioni




Le verifiche di resistenza delle sezioni in legno sono essenzialmente condotte secondo la filosofia del metodo delle tensioni ammissibili

Non è richiesta l’applicazione del criterio della gerarchia delle resistenze

È comunque definito un fattore di struttura

La duttilità strutturale è essenzialmente affidata ai collegamenti e non alle membrature


Strutture in legnoVerifiche di stabilità


Elementi inflessi (instabilità di trave)

,

, ,

1m d

crit m m dk fσ

≤ ,

,

m d

v dfσ =

=tensione massima di calcolo per flessione

resistenza di calcolo per flessione

kcrit,m = coefficiente che tiene conto conto della riduzione di resistenza dovuta allo sbandamento laterale

,2

1 0.751.56 0.75 0.75 1.41 1.4

crit mkλ

λ λλ λ

≤= − ≤ ≤ >

λ = snellezza trave


Strutture in legno


Verifiche di stabilità

Elementi compressi (instabilità di colonna)

,0,

, ,0,

1c d

crit c c dk fσ

≤

kcrit,c = coefficiente che tiene conto conto della riduzione di resistenza dovuta allo sbandamento laterale

( ) 2, 2 2

1 ; 0.5 1 0.3crit c ck kk k

β λ λλ

= = + − + + −

cβ = coefficiente di imperfezione

,0,

,0,

c d

c dfσ =

=tensione di calcolo per compressioneresistenza di calcolo per compressione


STRUTTURE IN ACCIAIO E STRUTTURE IN ACCIAIO E LEGNOLEGNO

FINE

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