Lezione 10:!Verifiche e!!!! disegni costruttivi

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1 Modulo 4:"" " Progetto di un edificio " " " " monopiano ad uso " " " " industriale in zona sismica Lezione 10:!Verifiche e!!!! disegni costruttivi LʼAquila 4 giugno 2010 Ing. Oreste Mammana

2 Sommario 1. Descrizione dellʼedificio e del sistema strutturale 2. Filosofia di misura della sicurezza e normativa di riferimento 2.1. Metodologia di misura delle sicurezza 2.2. Quadro normativo 3. Modello strutturale 3.1. Modello geometrico 3.2. Modello delle azioni 3.3. Modello meccanico 4. Analisi strutturale 5. Controllo teorico - verifiche 5.1. Verifica dello SLU 5.2. Verifica dello SLE 6. Conclusioni

3 Descrizione dellʼedificio Lʼedificio monopiano oggetto di studio è caratterizzato da dimensioni planimetriche di 24.00m x 72.00m. Pianta

4 Descrizione dellʼedificio Lʼaltezza massima è di 10,60 m in gronda e di 11,20 m al colmo con una pendenza della copartura pari al 5%. Il sistema strutturale principale è realizzato con membrature di acciaio Prospetto Prospetto Lʼinvolucro è realizzato con pannelli sandwich di tipo metallico, grecato e precoibentato con isolamento in poliuretano

5 Descrizione del sistema strutturale Carpenteria copertura y x Il sistema strutturale è costituito da 13 portali tra loro paralleli disposti ad interasse di 6.00m. Le azioni gravitazionali agenti sui pannelli sandwich del sistema di copertura vengono trasferite agli arcarecci i quali, a loro volta, le trasferiscono alle travi reticolari in corrispondenza dei nodi.

6 Descrizione del sistema strutturale z x y z Ciascun portale è costituito da due colonne chiamate a riportare al sistema di fondazione le azioni ad esse trasferite dalle travi reticolari Il sistema sismo-resistente è a telaio in direzione y (trasversale) ed a controventi lungo la direzione x (logitudinale).

7 Metodologia di misura della sicurezza La valutazione del livello di sicurezza della struttura è eseguita adottando quale metodo di verifica quello semiprobabilistico agli stati limite, il quale prevede il controllo dei seguenti macrogruppi di stati limite: Stati Limite Ultimi (SLU): corrispondono ad uno stato di danneggiamento tale da compromettere lʼincolumità delle persone e lʼintegrità delle cose Stati Limite di Esercizio (SLE): corrispondono a stati di danneggiamento tali da compromettere la normale fruizione della struttura, o lʼeccessivo danneggiamento delle parti non strutturali Per ognuno di essi la valutazione della sicurezza consiste nel verificare che la risposta del sistema strutturale, in termini di sollecitazioni e deformazioni generalizzate, sia compatibile con la capacità della stessa.

8 Normativa di riferimento 1. D.M. 14 gennaio Norme Tecniche per le Costruzioni CIRCOLARE 2 febbraio 2009 n Istruzioni per l'applicazione delle 'Nuove norme tecniche per le costruzioni' di cui al decreto ministeriale 14 gennaio (GU n. 47 del Suppl. Ordinario n.27) 3. UNI EN :2005. Eurocodice 3 - Progettazione delle strutture di acciaio - Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici UNI EN :2005. Eurocodice 8 - Progettazione delle strutture per la resistenza sismica - Parte 1: Regole generali, azioni sismiche e regole per gli edifici.

9 Modello strutturale Modello geometrico, meccanico Arcarecci IPE 180 S235JR b=" 91.0mm h=" 180.0mm tw=" 5.3mm tf=" 8.0mm Iy=" 1317*10 4 mm 4 Wpl,y=163.4*10 3 mm Le condizioni di vincolo tra gli arcarecci ed i nodi del correte superiore delle travi reticolari sono tali da poter schematizzare il singolo arcareccio come con un modello geometrico di trave appoggiata-appoggiata

10 Modello strutturale Modello delle azioni Arcarecci IPE 180 Azioni permanenti peso proprio degli elementi strutturali Le azioni gravitazionali sono determinate adottando per lʼacciaio una densità pari a ρ = 7850 kg/m 3 pannelli di copertura pannelli sandwich con peso riferito allʼunità di superficie pari a kn/m G 1 = kn/m G 2 = kn/m 2 i arc = = kn/m m cos5 o = = 0.171kN/m Azioni variabili azioni dovute alla neve NTC08, zona I-Med., as: qsk =1.95 kn/m 2, qs1=1.56 kn/m 2 Q s = q s1 i arc = = 1.56 kn/m m = = 2.34kN/m

11 Modello strutturale Analisi strutturale Arcarecci F d,slu = 1.3 G G Q k,s = = = = 3.98 kn/m M y,ed,max = 18 knm V z,ed,max = 12 kn F d,slue = G 1 + G Q k,s = v max = = = 2.70 kn/m ql4 EI = 17mm = L 364

12 10 11 Modello strutturale Verifiche Arcarecci IPE 180 S235JR 6000 Capacità a flessione: ipotizzando che pannelli di copertura siano tali da vincolare la membratura fuori dal piano dʼinflessione della stessa M c,rd = M pl,rd = W pl,y f y γ M0 = = 37kNm > M y,ed,max = 18 knm SLU Capacità a taglio: A v,z = A 2bt f +(t w +2r)t f = 1120 mm 2 V c,rd = A v,z fy / 3 = γ M0 = 145kN > V z,ed,max = 12kN SLE Deformabilità: v max = 17mm = L 364 < L 200

13 Modello strutturale Modello geometrico, λ è meccanico funzio- Nella (5.19) α rappresenta il fattore d imperfezione dipendente dalla curva d instabilità connessa al particolare profilo, mentre la snellezza adimensionale ne del carico critico euleriano secondo la relazione che segue Trave reticolare 1250mm 2L50x6/10 2L50x6/10 2L50x6/10 2L50x6/10 λ = 2L40x5/10 Af N cr 2L50x6/10 dove N cr vale: y 2L40x5/10 2L50x6/10 2UPE120 2L40x5/10 2L50x6/10 2L40x5/10 2L40x5/10 2L40x5/10 2L40x5/10 2L40x5/10 (5.20) 2L40x5/ mm N π 2 = cr E I 2 L 1500mm 1500mm 1500mm 1500mm 1500mm 1500mm 1500mm 1500mm 12000mm 2UPE100 2UPE100 (5.21) Il parametro di controllo s delle disequazioni (5.16) è stato verificato per ogni singola asta, le cui caratteristiche geometriche sono riportate in Tabella 5.3, con riferimento alle condizioni di carico così come definite in Tabella 5.2. Tali risultati sono sintetizzati in Tabella 5.4 nella quale sono riportate le massime azioni assiali che interessano i singoli profili e le relative combinazioni di carico. Tabella Caratteristiche geometriche delle membrature costituenti la trave reticolare. Nome A [cm 2 ] h [mm] b [mm] t w [mm] t f [mm] I yy [cm 4 ] I xx [cm 4 ] 2UPE L60X6/10/ L50X6/10/ L45X5/10/ L40X5/10/

14 Modello strutturale Modello delle azioni Trave reticolare Qw Qs2 Qs1 G2

15 Modello strutturale Analisi strutturali, verifiche Trave reticolare Edifici monopiano in acciaio a uso industriale Acciaio Tabella 5.4. Azioni assiali di calcolo e livello di utilizzo (s) delle singole membrature. ID Profilo Comb. N sd [kn] N pl,rd [kn] N cr [kn] χ N b,rd [kn] s CI1 2UPE120 Fd_SLU_ CI2 2UPE120 Fd_SLU_ CI3 2UPE120 Fd_SLU_ CI4 2UPE120 Fd_SLU_ CI5 2UPE120 Fd_SLU_ CI6 2UPE120 Fd_SLU_ CI7 2UPE120 Fd_SLU_ CI8 2UPE120 Fd_SLU_ CS1 2UPE120 Fd_SLU_ CS2 2UPE120 Fd_SLU_ CS3 2UPE120 Fd_SLU_ CS4 2UPE120 Fd_SLU_ CS5 2UPE120 Fd_SLU_ CS6 2UPE120 Fd_SLU_ s y = N b,rd,y = χ yaf y χ y = γ M1 1 Φ+ Φ 2 λ 2 1 Φ=0.5[1 + α( λ 0.2) + λ 2 ] λ = A fy N cr N Ed N b,rd,y = N Ed χ y Af y γ M1 N cr = π2 E I L 2 CS7 2UPE120 Fd_SLU_ CS8 L Aquila 2UPE120 4 giugno Fd_SLU_

16 Modello strutturale Modello geometrico, meccanico Controventi verticali z x 7. I controventi di falda e i controventi verticali HEA180 2UPE120 2L70x70x6 F2 F1 HEA Il sistema fisico reale può essere schematizzato con un modello geometrico costituito da un insieme di aste incernierate nei nodi. Le sollecitazioni assiali possono essere determinate in funzione delle azioni applicate in base a considerazioni di equilibrio - Sollecitazioni assiali nel controvento verticale sottoposto a forze orizzontali. o in grado L Aquila di sostenere 4 giugno sia sollecitazioni 2010 di compressione che di trazio-

17 Modello strutturale Modello delle azioni Controventi verticali Le azioni agenti sui controventi sono sia di tipo gravitazionale che sismico. Il calcolo delle azioni sismiche che competono ai singoli controventi verticali possono essere determinate valutando le forze sismiche totali agenti sullʼintero fabbricato ed operando una ripartizione tra gli stessi controventi. In condizioni sismiche si considerano presenti le masse relative a: peso proprio reticolare" " " " = kn/m 2 permanenti copertura e arcarecci" " = kn/m 2 neve (Ψ2i = 0.20)" " " " " = 1.56 kn/m 2 peso trave ponte + carrello " " " = = kn

18 7. I controventi di falda e i controventi verticali Modello strutturale Modello delle azioni Controventi verticali HEA180 2L70x70x6 F2 F1 67 F si = a M i Hi H G = H G H2 HG H1 2UPE120 HEA Mi H i Mi spettro di risposta elastico e di progetto per lo SLU ag,475=0.220g ag,50=0.075g Suolo B q=1 x=5% Sollecitazioni assiali nel controvento verticale sottoposto a forze orizzontali. S e ; S d [g] ano in grado di sostenere sia sollecitazioni di compressione che di trazioo caso, vista le azioni lʼelevata orizzontali possono rigidezza essere ripartite del tra sistema tutti i controvenma la struttura sollecitazione di in compressione direzione potrebbe longitudinale risultare particolarmente si gli arcarecci. Diversamente, si possono affidare agli arcarecci solo solletrazione assume facendo riferimento quale allo valore schema di di equilibrio descritto in Figura ni sistema resistente, costituito dal controvento di falda e dai corrisponcci tesi, è contrddistinto da un diverso colore. In questa seconda ipotesi accelerazione quello massimo dello venti spettro verticali risultano di risposta inefficaci. Nel elastico seguito si farà riferimento al hema. nsiderazioni di equilibrio si affidano al controvento di estremità le azioono sulla porzione di struttura indicata in verde in Figura 7.3. Il controeressato Progettare da 5/12 delle con azioni l acciaio orizzontali in zona agenti sismica in copertura e dalle azio spettro di risposta elastico e di progetto per lo SLD T [sec]

19 Modello strutturale Modello delle azioni Controventi verticali in assenza di carroponte HEA180 F F si = a M i H +F/cosθ 2UPE120 -F/tanθ HEA spettro di risposta elastico e di progetto per lo SLU ag,475=0.220g ag,50=0.075g Suolo B q=1 x=5% θ S e ; S d [g] spettro di risposta elastico e di progetto per lo SLD vista lʼelevata rigidezza del sistema struttura in direzione longitudinale si assume quale valore di accelerazione quello massimo dello spettro di risposta elastico T [sec]

20 Caratteristiche geometriche dellʼedificio da studiare H Prospetto l " = *Nc"" [mm] H" = *Nn" " [mm] L" = *Nc" [mm] l Nn:"numero di lettere del nome Nc:" numero di lettere del cognome Prospetto H L

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