RELAZIONE SUL SISTEMA DI ISOLAMENTO SISMICO

Transcript

1

2 RELAZIONE SUL SISTEMA DI ISOLAMENTO SISMICO Parte integrante della Relazione di Calcolo (Capitolo C Paragrafo 1.1 Circ. n. 617/2009) CRITERI DI PROGETTAZIONE Il progetto del sistema di isolamento e della struttura nel suo complesso è stato condotto secondo la seguente procedura, coerentemente con quanto previsto dalla vigente normativa: 1) GEOMETRIA DELLA STRUTTURA Le caratteristiche geometriche della struttura (posizioni dei pilastri, orditura dei solai, altezze di interpiano) sono state fissate in base alla configurazione architettonica dell edificio, tendendo a realizzare una struttura intelaiata il più equilibrata possibile nelle due direzioni principali di sviluppo. 2) MATERIALI E DETTAGLI COSTRUTTIVI Le caratteristiche dei materiali sono conformi al cap. 11 delle NTC 2008; in particolare, la struttura portante dell edificio sarà realizzata con telai di travi e pilastri in cemento armato, le cui caratteristiche verranno verificate tramite riscontri sull origine e sulla qualità dei materiali, nonché mediante prove su campioni di materiale prelevati direttamente durante l esecuzione dell opera. 3) CARICHI ED AZIONI L analisi dei carichi è stata svolta in maniera ordinaria, secondo quanto previsto al cap. 3 delle NTC L azione sismica è stata definita, come indicato nel cap. 3 di NTC 2008, mediante spettri di progetto in termini di pseudo- accelerazione, individuati sulla base delle caratteristiche geomorfologiche del sito, in riferimento ai diversi Stati Limite considerati. L edificio ha destinazione d uso ascrivibile alla classe d uso II, vita nominale V N =50 anni e conseguentemente periodo di riferimento per l azione sismica V R =50 anni. 4) PREDIMENSIONAMENTO STRUTTURALE E DEL SISTEMA DI ISOLAMENTO Le strutture principali (travi, pilastri, etc.), sia della sovrastruttura che della sottostruttura, sono state predimensionate sulla base dei carichi verticali agenti ed anche, mediante l adozione di semplici schemi statici, sulla base delle azioni orizzontali derivanti dall azione sismica. In questo modo si è individuata una configurazione strutturale da considerare quale base per lo studio del sistema di isolamento e per le verifiche della struttura isolata. Il sistema di isolamento è stato studiato, in via preliminare, con riferimento alla sua rigidezza e alla sua capacità dissipativa, sulla base delle masse associate all azione sismica di cui alla formula di NTC Si è scelto di impiegare isolatori elastomerici. Una volta individuata la massa complessiva dell edificio, si è fissato un periodo di isolamento obiettivo ed uno smorzamento del sistema strutturale, in grado di garantire un soddisfacente abbattimento degli effetti sismici della sovrastruttura, unitamente ad un range 1

3 di spostamenti opportunamente ridotto e compatibilmente con le specifiche caratteristiche dei dispositivi di isolamento usualmente in commercio. Una volta fissato il periodo obiettivo, con riferimento ai metodi propri dell analisi statica lineare, sotto l assunzione semplificativa ma verosimile che la sovrastruttura sia un solido rigido che trasla vincolato al sistema di isolamento, si è individuata la rigidezza equivalente del sistema di isolamento, invertendo la nota formula relativa all oscillatore semplice = 2. Nota la rigidezza del sistema di isolamento, note le masse in ciascuno dei nodi e quindi la posizione della proiezione del centro di massa della struttura sul piano di isolamento, si è messa in atto una procedura iterativa per individuare la tipologia e la posizione degli isolatori ottimale, nell ottica principale di ridurre al minimo l eccentricità fra proiezione del centro di massa e centro di rigidezza, di garantire un idoneo presidio nei confronti degli eventuali effetti torsionali, di garantire la reale fattibilità del sistema di isolamento, impiegando dispositivi effettivamente disponibili in commercio. Per perseguire questo risultato si è reso necessario introdurre nel sistema di isolamento degli appoggi scorrevoli multidirezionali, aventi rigidezza orizzontale nulla, ai quali è affidato esclusivamente il compito di trasferire i carichi verticali agenti sui rispettivi elementi di competenza, assecondando i movimenti imposti dagli isolatori elastomerici. 5) MODELLAZIONE ED ANALISI STRUTTURALE Una volta individuate le caratteristiche del sistema di isolamento e quelle di ciascun isolatore, è stato impostato un modello strutturale agli elementi finiti mediante l impiego di due differenti software commerciali: CDS e PROSAP; gli elementi strutturali principali, travi e pilastri, sono stati modellati mediante frames in grado di simulare il comportamento monodimensionale del solido alla De Saint Venant ; i solai sono stati modellati mediante diaframmi infinitamente rigidi nel loro piano, ovvero imponendo spostamenti relativi orizzontali nulli fra i nodi appartenenti al piano del solaio. Gli isolatori sismici elastomerici sono stati modellati mediante appositi link in grado di simularne il comportamento prevalentemente elastico-lineare, mentre le capacità di smorzamento degli stessi sono state tenute in considerazione, in accordo con quanto suggerito da NTC 2008, operando direttamente sulle ordinate dello spettro di risposta. Gli apparecchi di appoggio multidirezionali sono stati modellati con elementi link aventi rigidezza orizzontale nulla in entrambe le direzioni principali nel piano di isolamento. E stata condotta una analisi dinamica lineare con spettro di risposta. PREDIMENSIONAMENTO E VERIFICHE PRELIMINARI DEL SISTEMA DI ISOLAMENTO - VERIFICHE AGLI SLE- Non ricorrendo, per la struttura in oggetto, le condizioni di applicabilità dell analisi statica lineare, le calcolazioni che seguono hanno unicamente valore di predimensionamento; il foglio di calcolo utilizzato consente, variando la posizione dei dispositivi, di individuare la configurazione 2

4 corrispondente alla minima eccentrità tra il centro di rigidezza del sistema di isolamento e la proiezione sul piano degli isolatori del centro delle masse. 3

5 4

6 5

7 6

8 7

9 ELEMENTI DI SOTTOSTRUTTURA Gli elementi in c.a. posti al di sotto dei dispositivi hanno le seguenti dimensioni: - sezione 100 x 125 cm, h=100 cm elemento al di sotto dell isolatore; - sezione 100 x 170 cm, h=127 cm elemento al di sotto dell appoggio multidirezionale. Sono elementi tozzi, non riconducibili a solidi alla De Saint Venant, per il dimensionamento dei quali sono stati utilizzati due differenti schemi tirante- puntone, in condizioni statiche (carico centrato) e in condizioni dinamiche (carico eccentrico). Condizione statica ELEMENTO TOZZO N. 11 La verifica è stata eseguita con un modello di diffusione di una forza concentrata all interno di un puntone (H 2b), considerando il massimo carico N derivante dalle combinazioni statiche allo SLU. La verifica più gravosa si ha per l elemento tozzo n. 11 (al di sotto di una slitta), per il quale si ha: H= 1,05 m altezza totale elemento tozzo b= 1 m larghezza elemento (dimensione minore in pianta) a= 0,36 m diametro piatto inferiore slitta b eff = 0,5 H + 0,65 a = 0,76 m larghezza della zona di diffusione del carico h = H/2 = 0,53 m altezza della zona di diffusione del carico F = N= 297 t carico massimo allo SLU portato dal pilastro tan = ( ) = 69 inclinazione del puntone compresso Dall equilibrio allo rotazione si ottiene la forza T nel tirante: h 2 = 2 = 4 2 (0,5 0,35)=57% L area di acciaio da disporre per assorbire T è: 8

10 & ' = ( )* = 1460,, - staffe φ16/12 cm (come da elaborati grafici) La verifica di elemento tozzo al di sotto di un isolatore è meno gravosa, ma viene prudenzialmente predisposta la stessa armatura (staffe φ16/12 cm). Condizione sismica ELEMENTO TOZZO N. 18 La verifica è stata eseguita con un modello di diffusione di un carico eccentrico in un elemento tozzo. È stato considerato il carico massimo agente in condizione sismica con una eccentricità pari al massimo spostamento di progetto allo SLC. La verifica più gravosa si ha per l elemento tozzo n. 18 (al di sotto di un isolatore), per il quale si ha: H= 1,00 m altezza totale elemento tozzo b= 1,00 m larghezza elemento (dimensione minore in pianta) e= s SLC = 294 mm spostamento allo SLC F = N= 123 t carico sismico massimo Dal grafico che segue si ricava:. =0,29 / = - =0,08 9

11 / = - = 0,08 = 10 % & ' = /,- ( )* =256,, - Le forze T 1 e T 2 saranno assorbite da barre φ28 sagomate a C, disposte come indicato sugli elaborati grafici. VERIFICHE IN FASE DI SOSTITUZIONE Verifica della condizione di decompressione del dispositivo e sostegno del carico verticale competente al singolo pilastro La verifica del ringrosso delle travi al di sopra dei dispositivi viene effettuata ad elemento tozzo, secondo lo schema a traliccio riportato sugli elaborati grafici. Lo sforzo normale di progetto N è relativo alla più gravosa combinazione frequente allo SLE (comb delle NTC 2008) e si ipotizza una diffusione degli sforzi a 45 all interno dell elemento tozzo. COMBINAZIONE 1 COMBINAZIONE 2 COMBINAZIONE 3 COMBINAZIONE ,.+0,5 53.(6%.&)+0,6 53.(6%.7,) ,.+0,3 53.(6%.&)+0,7 53.(6%.7)+0,6 53.(6%.) ,.+0,3 53.(6%.&)+0,6 53.(6%.7)+0,7 53.(6%.) ,.+0,3 53.(6%.&)+0,6 53.(6%.7,)+0, Al fine di contenere le fessurazioni e garantire la ripartizione del carico trasmesso dai martinetti, si dispongono, fuori calcolo, staffe Φ12 a 4 braccia ogni 7 cm. 10

12 11

13 1) Ringrosso travi - Sostituzione isolatore - PILASTRO n.17 12

14 2) Ringrosso travi - Sostituzione slitta - PILASTRO n.8 13

15 PROGETTAZIONE DISPOSITIVI ELASTOMERICI (punto C Circ. 617/2009) Si riportano di seguito le verifiche previste al punto C per la progettazione dei dispositivi e relative alla: - tensione massima agente nelle piastre di acciaio - deformazione tangenziale dell elastomero - instabilità dell isolatore. 14

16 A favore di sicurezza, tali verifiche sono state eseguite considerando il valore massimo del carico verticale agente in condizione sismica e lo spostamento orizzontale massimo allo SLC. 15

17 16

18 17