Sommario della lezione:

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1 Sommario della lezione: 0. Programma delle esercitazioni 1. Concetti generali sulla prefabbricazione 2. I casi in cui il progettista deve considerare la prefabbricazione come tecnologia costruttiva 3. I sistemi di prefabbricazione 4. I principali elementi strutturali e di tamponamento prefabbricati nelle diverse tipologie edilizie 1

2 0-Programma delle esercitazioni 01 09/10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /10/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /12/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/ /01/08 Edifici industriali: descrizione degli elementi strutturali e tipologie costruttive. Criteri generali di progetto. Edifici multipiano: descrizione degli elementi strutturali e tipologie costruttive. Criteri generali di progetto. - Cenni normativi. La trave prefabbricata precompressa La trave prefabbricata precompressa La trave prefabbricata precompressa La trave prefabbricata precompressa La trave prefabbricata precompressa La trave prefabbricata precompressa Visita in stabilimento Visita in stabilimento. Calcolo di redistribuzione di forze orizzontali Calcolo di redistribuzione di forze orizzontali Calcolo di redistribuzione di forze orizzontali Calcolo di redistribuzione di forze orizzontali Calcolo di instabilità non-linearità geometrica Calcolo di instabilità non-linearità geometrica Calcolo di instabilità non-linearità geometrica Calcolo di instabilità non-linearità geometrica Analisi sezionale non lineare Analisi sezionale non lineare Analisi sezionale non lineare Analisi sezionale non lineare. Calcolo di instabilità di un telaio: non-linearità meccanica (ing.esterno) Calcolo di instabilità di un telaio: non-linearità meccanica (ing.esterno Eventuale recupero Orario delle esercitazioni: Martedì dalle alle aule: I 1.1, D3.1 dozio@stru.polimi.it Libri di testo propedeutici per le esercitazioni: Cemento armato- Calcolo agli stati limite G.Toniolo Vol. 2A-2B Zanichelli Meccanica delle strutture Leone Corradi dell acqua McGraw Hill Esercitazioni su web: ftp.stru.polimi.it/ corsi/ Strutture prefabbricate 1 2

3 1-Concetti generali della prefabbricazione La prefabbricazione è un mezzo per raggiungere un elevato livello di produzione industrializzata nelle costruzioni. Perchè ciò sia possibile la prefabbricazione richiede: - produzione di elementi di grandi dimensioni che possono essere montati rapidamente senza impiego di molte ore lavorative; - produzione di elementi dotati di un alto livello di finitura sempre allo scopo di ridurre l impiego di lavoro manuale per eventuali successivi lavori di completamento 3

4 In un edificio prefabbricato si può definire il grado di prefabbricazione p ove p = C pref C + C pref mont + C finit C pref indica il costo degli el. pref. a piè d opera C mont indica il costo del montaggio C finit indica il costo delle finiture Tipi di prefabbricazione -prefabbricazione pesante -Elementi portanti -prefabbricazione leggera -Pannellidifacciata -Predalles 4

5 Vantaggi delle strutture prefabbricate Aumento della produttività Riduzione dei costi di fabbricazione Riduzione dei tempi di fabbricazione: la velocità di esecuzione può aumentare tenendo conto anche di eventuali attività poste in parallelo getto di fondazione, squadre su più piani Indipendenza dei lavori da molti fattori ambientali Impiego di materiali speciali Necessità di progettazione di dettaglio preventiva determinante ai fini della qualità 5

6 2-I casi in cui il progettista deve considerare la prefabbricazione come tecnologia costruttiva Piante regolari con elevati gradi di ripetibilità: 1.delle tipologie nodali, 2.delle luci, 3.degli elementi strutturali. In assenza di queste condizioni si può sempre ricorrere ad una prefabbricazione parziale. Il progettista vi ricorrere perché ha i seguenti vantaggi : ottimizzazione strutturale grazie alla precompressione ed all uso di materiali avanzati; ottimizzare l aspetto ed il grado di finitura (progettista può ispezionare gli elementi prima che questi siano trasportati in sito e montati); 6

7 rispetto delle tolleranze: minimizzazione e controllo statistico, sebbene il progettista debba considerare quelle relative al montaggio; progetto degli elementi deve tenere in conto la presenza degli impianti assicurazione della qualità e la certificazione del prodotto in stabilimento: a) con programmi di controllo in continuo, b) da un piano di certificazione con supervisione di un organo indipendente (ICMQ). I fattori che influenzano la qualità sono: completezza degli ordini di lavoro e dei disegni dei prodotti, test ed ispezione dei materiali selezionati per l uso, qualità delle attrezzature meccaniche, proporzioni e cura del mix design, procedure di sformo, di stoccaggio e di maturazione, cura della maturazione sulle piste di precompressione, controllo delle dimensioni e delle tolleranze, cura nel trasporto e nel montaggio. Le norme di riferimento sono le ISO 9001 e le EN

8 Design by testing: possibilità di testare il comportamento del manufatto per quantificare la bontà dei modelli di calcolo Bacino di utenza: Trasporto: su gomma km su rotaia o via acqua 1000 km Considerazioni preliminari di progetto Chi progetta? Al progettista si affianca l ingegnere della ditta di prefabbricati in modo da trarre i massimi vantaggi dalla tecnologia produttiva. 8

9 Fasi iniziali di progetto (esempio): Principali tappe con riferimento ad un edificio per uffici: 1. tracciamento della pianta distributiva del generico piano individuando la circolazione orizzontale e verticale 2. selezione del sistema di prefabbricazione (es.: sistema ad ossatura portante con pannelli di facciata appesi, scelta della griglia travipilastri (es.:7.2x7.2 e 7.2x9.6) 3. scelta del posizionamento degli elementi di stabilizzazione del sistema 4. scelta e predimensionamento di pilastri, travi e solai basati su cataloghi dei prefabbricatori 5. scelta degli elementi di facciata 9

10 3-I sistemi di prefabbricazione Premessa: 1- Ogni prefabbricatore vanta un proprio sistema, ma il progettista deve operare una classificazione generale che va poi specializzata Il sistema selezionato condiziona le scelte successive. E poi possibile operare con costruzioni miste da non confondere con composite. Le strutture prefabbricate risultano compatibili con: - cls gettato in opera - muratura - lamiere grecate di copertura, profili di acciaio - facciate realizzate con altri materiali (lamiera grecata, ecc.) - legno 10

11 Strutture ibride 11

12 4- Sistemi di stabilizzazione La stabilità e la sicurezza devono essere assicurate in tutte le fasi della costruzione, anche quando alcune connessioni non risultano attive. La stabilità dell assieme nei confronti delle azioni orizzontali richiede spesso l introduzione di appositi componenti. I più comuni sistemi di stabilizzazione sono: le colonne e i muri agenti a mensola, nuclei (cores) scatolari agenti a mensola (L,T,U o combinazioni), funzionamento a telaio con passaggio nei nodi di flessione e torsione (sistemi ad H o particolari connessioni) 12

13 I sistemi strutturali I sistemi strutturali presenti nelle consuete strutture prefabbricate sono in genere così classificabili : sistemi a telaio (frame systems) sistemi controventati (braced skeletal systems) sistemi a pannelli portanti (bearing walls) sistemi scatolari (cell systems; boxes, U,L,T units) facciate (facades) orizzontamenti prefabbricati (precast floors and roofs) FIP, Planning and design handbook on precast building structures, ed. SETO, London,

14 Sistemi a telaio (frame systems) Edifici industriali: 2 ordini di travatura Lastre di copertura realizzate con qualunque tipo di materiale Minima azione di diaframma nella copertura 14

15 Edifici industriali: travi secondarie ed elementi a doppio T nella copertura con minima azione di diaframma in direzione orizzontale 15

16 Edifici pluripiano intelaiati senza controventi sono realizzabili fino ad un massimo di 12m. Richiedono piccole forze nei giunti e azioni minime nell azione di diaframma. 16

17 L azione di diaframma necessita il trasferimento delle: - forze di taglio dai diaframmi -e neigiuntilongitudinali 17

18 Edifici industriali: linea separata di colonne per il piano mezzanino piccole forze nei giunti e minima azione di diaframma nella copertura 18

19 Sistemi controventati (braced skeletal systems) Sistema prevalentemente usato per piccoli centri commerciali 19

20 Shear wall Core

21 Compression Wind pressure Shear wall Diaphragms Wind suction Shear forces Tension Wind suction Shear forces Wind suction Tension Compression Shaft 21

22 Edifici ad uso uffici 22

23 Facciate portanti (facades) Sistemi usati per piccoli edifici industriali La stabilità della struttura richiede forze di taglio elevate nei giunti del piano di copertura 23

24 Wind suction Wind pressure Compression Shear Tension Wind suction Wind suction 24

25 Sistemi usati per grandi edifici industriali La stabilità della struttura è basata su forze agenti nel piano degli elementi bidimensionali e dalle colonne interne (sistema combinato): forze elevate nei giunti copertura con funzione di diaframma 25

26 Sistema usato per edifici residenziali e ad uso uffici La stabilità della struttura è affidata ad elementi che reagiscono nel loro piano Trasferimento di forze elevate nei giunti I piani agiscono come diaframmi I pannelli di facciata devono avere connessioni rigide con i pannelli verticali 26

27 Sistema usato per edifici residenziali e ad uso uffici limitati a due o tre piani I pannelli di facciata sostengono i piani La stabilità della struttura è affidata ad elementi che reagiscono nel loro piano 27

28 Sistema usato per edifici residenziali e ad uso uffici limitati a due o tre piani I pannelli di facciata sostengono i piani! La stabilità della struttura è affidata ad elementi che reagiscono nel loro piano 28

29 Precast construction in Norway - systems - shear wall structures Office building 29

30 Precast construction in Norway - systems - shear wall structures Office building 30

31 Precast construction in Norway - systems A very - shear common wall structures method of construction in Scandinavia during the last decade has become hollow core slabs on steel frames: The stability of the structure is based on forces in the elements own plane: - Requires transfer of relatively large forces in the joints. - The floors must act as diaphragms. - The steel beams may serve as tie reinforcement in the floor diaphragms. System used for office buildings. 31

32 Precast construction in Norway - systems - shear wall structures The shear walls are still normally precast in these steel frames. 32

33 La distribuzione delle forze orizzontali dipende: rigidezza delle componenti di stabilizzazione risposta deformativa nel piano posizione dei componenti di stabilizzazione (possibili effetti torsionali) posizione dei giunti di dilatazione (ogni 80 m circa negli orizzontamenti se la struttura è rettangolare o piana o ogni 60 m se la struttura non è rettangolare a seconda delle condizioni climatiche, del tipo di struttura, del tipo di fondazione, ) 33

34 Integrità strutturale Occorre minimizzare a livello di progetto gli effetti di danni accidentali (cedimenti, esplosioni, collisioni di veicoli o aerei, venti eccezionali): eliminando laddove possibile rotture locali evitando situazioni di collasso progressivo!!! 34

35 4- Principali elementi strutturali e di tamponamento prefabbricati nelle diverse tipologie edilizie Tipologie edilizie nella prefabbricazione: edilizia residenziale mono(bi)-familiare (housing) edilizia residenziale plurifamiliare (apartment buildings) edifici ad uso terziario (utility buildings) edilizia industriale ed espositiva (large free-space buildings) parcheggi (car parks) edilizia sportiva (sports arenas) 35

36 Edilizia residenziale mono(bi)-familiare (housing) Casco systems 36

37 Family house Germany 37

38 Edilizia residenziale plurifamiliare 38

39 Ruolo determinante del pannello di facciata 39

40 Edifici ad uso terziario (utility buildings) Costruzione mista (legno + cls) 40

41 Edifici ad uso terziario (utility buildings) alto grado di flessibilità: - evitare muri portanti interni -soluzionead ossatura portante (trave-colonna) soddisfa tale requisito con eventuale presenza di muri di taglio e nuclei controventanti autoportanti 41

42 Edilizia industriale ed espositiva (Large free-space buildings) Necessità di spazi liberi senza colonne impone: - sistemi a telaio - o con pareti esterne portanti 42

43 l/h = l/h = l/h = l/h = l/h = l/h = 9-16 l/h = l/h = Elementi strutturali 43

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47 Strutture alleggerite Confronto tra soluzioni alternative 47

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50 Parcheggi (car parks) l/h=10-15 l/h = l/h =

51 Edilizia sportiva (sport arenas) - Grande varietà di soluzioni che si adattano all architettura -Elementitipici(traviad anello, gradinate, mensole rastremate, elementi speciali) Coperture strallate 51