Progettazione antisismica: esempio di calcolo con lo strength ductility design

Data: 05/06/2020 / Inserito da: / Categorie: Informazione Tecnica, Progettazione - Strutture / Commenti: 0

 
A grande richiesta, pubblichiamo la terza parte della interessante trattazione di Vincenzo Nunziata incentrata sullo Strength Ductility Designun nuovo metodo di progettazione in zona sismica.
 
Secondo il metodo di progettazione per resistenza e duttilità o strength ductility design, proposto per la prima volta al mondo scientifico e professionale, in zona sismica: “le strutture presenteranno un comportamento elastico-resistente per il terremoto di progetto (spettro elastico q ≤ 1,5) con verifica della duttilità a livello deduttivo secondo una progettazione consapevole e controllata”.

Secondo tale metodo o filosofia progettuale, per una corretta progettazione strutturale in zona sismica, occorrerà seguire delle fasi successive che attengono non solo l’aspetto numerico o di calcolo, ma anche altri aspetti che hanno importanza fondamentale nella realizzazione di una struttura più o meno performante nell’affrontare un terremoto.


Le fasi previste dal metodo sono 3 a cui viene aggiunta una “fase 0” preliminare valida per qualsiasi progettazione strutturale e che riguarda: l’impostazione strutturale e il predimensionamento delle strutture, noto il progetto architettonico.

Il rispetto (o meno) di alcuni principi fondamentali per una corretta progettazione ed esecuzione di strutture in acciaio in zona sismica dà luogo a delle premialità attraverso degli indici “IS” la cui somma alla fine condurrà alla definizione di 3 classi di rischio sismico: CRS/A, CRS/2A, CRS/3A, con livello di sicurezza crescente (tabella 1.6). si ribadisce che la classe CRS/A rappresenta la minima classe prevista dall’attuale normativa, NTC 2018, per strutture non dissipative.

La fasi previste nella progettazione per resistenza e duttilità sono le seguenti: 
  
fasi-strenght-ductility-design
  

Nel prosieguo della trattazione si procederà all’illustrazione del metodo dello strength ductilty design (SDD) attraverso la progettazione strutturale di una struttura in acciaio in zona sismica, rappresentativa di un caso reale, anche con l’uso di un software generico agli elementi finiti integrato da commenti teorici e pratici e con integrazione, quando necessario, dei risultati acquisiti. Tale metodologia o tecnica didattica è stata già usata in un’altra parte del presente testo (travi tralicciate composte acciaio-calcestruzzo) e a parere dell’autore rende maggiormente consapevole l’allievo ingegnere o architetto e consente la possibilità di controllo dei risultati.

 

Strength Ductility Design (SDD): Progettazione strutturale

Si debba realizzare una piccola officina meccanica di circa 160 m2 secondo il progetto architettonico riportato in figura 2.1. Il sito di realizzazione si trova nella zona di Avellino.  

 
 a) Pianta 
 


b) Sezione  
 

c) Prospetto 
 

Figura 2.1 Officina: stralcio progetto architettonico

 

Data l’alta sismicità del luogo, le dimensioni degli ambienti, la necessità di completare la realizzazione in tempi brevi e salvaguardare l’aspetto economico (tale ultimo aspetto si rivela quasi sempre l’aspetto principale) si è deciso tra le diverse tipologie strutturali a disposizione la soluzione semi-prefabbricata in acciaio con travi e pilastri, solaio in lamiera grecata, pannelli di tamponamento prefabbricati in calcestruzzo; tale soluzione, tra gli innumerevoli vantaggi risulta essere anche la più economica considerando anche la semplice fondazione a graticcio con travi rettangolari.

 

Fase 0 – Preliminare

La prima operazione da fare è quella di inserire un’ipotesi strutturale, in particolare i pilastri, all’interno dell’involucro architettonico cercando un compromesso tra esigenze architettoniche (porte, finestre, tramezzi) ed esigenze strutturali (geometrie regolari, rigidezze), in quanto normalmente il progetto architettonico non è pensato anche in funzione della struttura, come dovrebbe essere. Nel caso in esame è stato possibile inserire la struttura all’interno dell’involucro architettonico senza richiedere alcuna modifica al progetto, figura 12.39. I pilastri sono stati disposti lungo il perimetro interno dei pannelli di tamponatura prefabbricati, cercando di non interferire con le aperture. L’orientamento è stato dettato dalla considerazione di avere la rigidezza maggiore in direzione delle travi principali. 
 
La sezione dei pilastri, HEA 260, è stata dettata principalmente dall’esperienza, normalmente per edifici fino a  piani la sezione dei pilastri può variare da HEA 200 a HEA 400, opportunamente controventati in funzione dei carichi e delle luci. Le travi sono state predimensioante solo per carichi verticali ipotizzando delle campate singole semplicemente appoggiate alle estremità. Chiaramente tale ipotesi preliminare della struttura verrà confermata o modificata in seguito alle verifiche effettuate sul modello globale che tiene conto anche dei carichi sismici. È stata usata, nel predimensionamento, l’analisi elastica della sezione e i moduli elastici, sovradimensionando la sezione per tener conto implicitamente della freccia elastica, non calcolata.  
  
 
a) Ipotesi disposizione pilastri 
 

 
b) Ipotesi carpenteria 
 

 
 c) Sezione strutturale 
 


 
 d) Particolare soletta  
 

Figura 2.2 Ipotesi strutturale

 

Predimensionamento travi

Innanzitutto occorre fare un’attenta analisi dei carichi. Per la soletta di copertura si è ipotizzato una lamiera grecata non collaborante con il getto integrativo alleggerito e isolante termico (calcestruzzo alleggerito), di altezza h = 75 mm e spessore 0,7 mm (7/10); da catalogo del fornitore tale lamiera per luci fino a 2 m consente di portare un carico totale di 600 daN/m2, più che sufficiente per le nostre esigenze. Acciaio S275J0.

 

 
 

Si è molto sovradimensionata la sezione per tener conto della continuità dell’appoggio.  
 

Calcolo trave principale: L = 7,35 m   
 
 

In figura 12.39b è riportata la carpenteria di piano così dimensionata.
 
Una volta superato la Fase 0: impostazione strutturale e predimensionamento, si può procedere con l’input del modello strutturale nel programma agli elementi finiti, alla relative verifiche e all’estrapolazione di alcuni risultati significativi che ci consentiranno di verificare (fare un check) i criteri attinenti in particolare alle fasi 1 e 2.

 

Modellazione e Verifiche

Verranno di seguito riportati una sintesi di alcuni parametri e risultati significativi, essenzialmente in forma grafica e/o tabellare, successivamente commentati ed elaborati per le fasi successive previste dal metodo dello strength ductility design.

 

Tabella 2.1. Dati di progetto  

DATI CARATTERISTICI

NORMATIVA

Tipo di struttura

Nello Spazio

Vita nominale costruzione

50 anni

Tipo di analisi

Statica sismica equivalente

Classe d’uso costruzione

II

Tipo di soluzione

Non lineare (elementi resist. A traz./comp.)

Vita di riferimento

50 anni

Unità di misura delle forze

daN

Luogo

Avellino – Largo Ponte Ferriera 7

Unità di misura delle lunghezze

cm

Longitudine (WGS84)

14.7929

Normativa

NTC-2018

Latitudine (WGS84)

40.9122

 

Categoria del suolo

C

 

Coefficiente topografico

1

PARAMETRI SISMICI

 

TR

ag/g

F0

Tc*

CC

SS

Pga (ag/g*S)

SLO

30

0.053

2.34

0.28

1.59

1.50

0.079

SLD

50

0.069

2.32

0.31

1.55

1.50

0.103

SLV

475

0.193

2.37

0.37

1.46

1.43

0.275

SLC

975

0.249

2.43

0.38

1.45

1.34

0.333

TR utilizzato nel progetto

475 anni

Comportamento strutturale

NON Dissipativo

 

     
 

 
 

Figura 2.7 Modello strutturale

Tabella 2.2 Combinazioni di carico per le verifiche SLV  
  

Num.

Descrizione

Parametri

Tipo azione/categoria

Condizione

Moltiplicatore

1

Statica + Vento X

Azione sismica: Sisma assente Torsione: Assente

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.3

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.3

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

1.5

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.9

2

Sisma 100%+X 30%+Y

Azione sismica: +EX+0.3EY Torsione: Antioraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

3

Sisma 100%+X 30%-Y

Azione sismica: +EX-0.3EY Torsione: Antioraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

4

Sisma 100%-X 30%+Y

Azione sismica:

-EX+0.3EY Torsione: Antioraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

5

Sisma 100%-X 30%-Y

Azione sismica:

-EX-0.3EY Torsione: Antioraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

6

Sisma 30%+X 100%+Y

Azione sismica: +0.3EX+EY Torsione: Antioraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

7

Sisma 30%+X 100%-Y

Azione sismica: +0.3EX-EY Torsione: Antioraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

8

Sisma 30%-X 100%+Y

Azione sismica:

-0.3EX+EY Torsione: Antioraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

9

Sisma 30%-X 100%-Y

Azione sismica:

-0.3EX-EY Torsione: Antioraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

10

Sisma 100%+X 30%+Y

Azione sismica: +EX+0.3EY Torsione: Oraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

11

Sisma 100%+X 30%-Y

Azione sismica: +EX-0.3EY Torsione: Oraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

12

Sisma 100%-X 30%+Y

Azione sismica:

-EX+0.3EY Torsione: Oraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

13

Sisma 100%-X 30%-Y

Azione sismica:

-EX-0.3EY Torsione: Oraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

14

Sisma 30%+X 100%+Y

Azione sismica: +0.3EX+EY Torsione: Oraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

15

Sisma 30%+X 100%-Y

Azione sismica: +0.3EX-EY Torsione: Oraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

16

Sisma 30%-X 100%+Y

Azione sismica:

-0.3EX+EY Torsione: Oraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

17

Sisma 30%-X 100%-Y

Azione sismica:

-0.3EX-EY Torsione: Oraria

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.0

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.0

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

0.0

Variabile: Vento X

Condizione 2

0.0

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.0

37

Statica + Vento Y

Azione sismica: Sisma assente Torsione: Assente

Permanente: Peso Proprio

Condizione peso proprio

1.3

Permanente: Permanente portato

Condizione 1

1.3

Variabile: Coperture accessibili per manutenzione

Condizione 5

0.0

Variabile: Neve

Condizione 3

1.5

Variabile: Vento Y

Condizione 4

0.9



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