verifica di strutture in acciaio. nuove norme tecniche 2008

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VERIFICA SISMICA PER LE STRUTTURE IN ACCIAIO

S.T.S. Software Tecnico Scientifico

BARI

26-27 Giugno 2009

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Programma:

• Strutture non dissipative

• Strutture dissipative

• Regole di dettaglio

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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)

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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

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Strutture 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.)

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Strutture non dissipativeVantaggi

- 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

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Strutture non dissipativeSvantaggi

- 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

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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

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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.

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Strutture dissipativeSvantaggi

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)

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Strutture dissipativeTipologie strutturali

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

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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

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b) 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

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b) 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

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b) 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

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c) 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

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

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

f) 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

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

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Strutture dissipativeLe ordinate spettrali sono ridotte sempre tramite il fattore di struttura q

BOBOge T

T

F

q

T

TF

qSaTS 1

1

Oge Fq

SaTS 1

T

TF

qSaTS C

Oge

1

2

1

T

TTF

qSaTS DC

Oge

TTD

DC TTT

TcTTB

BTT 0

q = Fattore di struttura

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Strutture dissipativeFattore di struttura

RKqq 0

q0 = esprime la duttilità della soluzione strutturale (Tipologia + Classe)

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Strutture dissipativeFattore di struttura

RKqq 0

KR = parametro funzione della regolarità dell’edificio

KR Tipologia Strutturale

1.0 Edifici Regolari in Altezza

0.8 Edifici Non Regolari in Altezza

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RKqq 0

I valori del fattore di struttura possono essere assunti come validi se si rispettano tutte le regole di dettaglio previste

Fattore di struttura

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RKqq 0

I valori del fattore di struttura possono essere assunti come validi se si rispettano tutte le regole di dettaglio previste

Tali regole hanno lo scopo di scongiurare le modalità di collasso fragili e di conseguenza di conferire duttilità alla struttura

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

Fattore di struttura

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Strutture dissipativeRegole 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

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Parti compresse delle membrature

le membrature sono classificate in funzione della duttilità nei confronti dei fenomeni di instabilità locale

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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


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Rapporti geometrici della sezione tubolare

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


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


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Riguardano il dimensionamento di

travi

colonne

collegamenti trave-colonna

collegamenti colonna-fondazione

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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 travi

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Le colonne devono essere progettate con le azioni

Tali relazioni derivano direttamente dal criterio della Gerarchia delle resistenze

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

Verifica di resistenza delle colonne

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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)

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Gerarchia delle resistenze

Per 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

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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


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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)

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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

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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)

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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

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

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Regole di dettaglio per le strutture a controventi

concentrici

Riguardano il dimensionamento di

travi

colonne

controventi

collegamenti

distribuzione in altezza delle rigidezze laterali di piano

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concentriciRigidezza laterale di piano

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

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concentriciDiagonali 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

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Le sezioni dei controventi devono appartenere alle Classi 1 o 2

Risultano esclusi gli angolari

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Risultano esclusi gli angolari

Le sezioni dei controventi devono appartenere alle Classi 1 o 2

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concentriciGerarchia delle resistenze

I collegamenti devono essere sovraresistenti

Sollecitazioni di progetto in travi e colonne

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Applicazioni tramite software C.D.S. Win

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