prof. ing. Maurizio Fauri ing. Michele Tarolli ing. Manuel Gubert ing. Tommaso Bezzi ing. Andrea Mattedi ing. Christian Zanol ing.
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1 Palazzo Stella, via Degasperi n TRENTO C.F. e P.IVA Committente TRENTINO TRASPORTI S.p.A. Via Innsbruck, Trento Oggetto Realizzazione di un impianto fotovoltaico da 1600 kwp sulla copertura degli stalli automezzi di via Innsbruck 65 RELAZIONE DI VERIFICA STRUTTURALE TT.RVS Codice commessa P Tecnici prof. ing. Maurizio Fauri ing. Michele Tarolli ing. Manuel Gubert ing. Tommaso Bezzi ing. Andrea Mattedi ing. Christian Zanol ing. Mattia Gasperini EMISSIONE DATA FIRMA DELLA D.G. IL PROGETTISTA REV MICHELE TAROLLI REV. 1 REV. 2 REV. 3
2 INDICE 1 PREMESSA 2 2 RIFERIMENTI NORMATIVI 2 3 POSA DI MODULI FOTOVOLTAICI SULLA COPERTURA METALLICA DELLO STALLO AUTOBUS 2 4 CABINA DI TRASFORMAZIONE SU SOLAIO ESISTENTE 4 5 PIATTAFORMA METALLICA DI SOSTEGNO DELLE CASSETTE ELETTRICHE 14 Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 1 di 17
3 1 PREMESSA Oggetto della presente relazione di calcolo sono le verifiche strutturali riguardo al progetto: Realizzazione di un impianto fotovoltaico da 1600kWp sulla copertura della sede operativa di via Innsbruck 65. L elaborato analizza la fattibilità statica ed il dimensionamento strutturale di: 1. la posa di pannelli fotovoltaici sulla copertura metallica degli stalli degli autobus; 2. la realizzazione di piattaforme da collocarsi in corrispondenza di 5 pilastri in acciaio di sostegno della copertura degli stalli degli autobus per il posizionamento delle cassette elettriche; 3. la realizzazione sulla copertura piana dell edificio della palazzina uffici di una cabina di trasformazione 2 RIFERIMENTI NORMATIVI Legge 5 novembre 1971 n : Norme per la disciplina delle opere di conglomerato cementizio armato normale e precompresso e a struttura metallica. D.M. 14 gennaio 2008: NTC Norme tecniche per le costruzioni Circolare 2 febbraio 2009 n.617: Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al D.D. 14 gennaio 2008 UNI EN :2005 Progettazione delle strutture in acciaio CNR UNI : Costruzioni in acciaio, istruzioni per il calcolo, l esecuzione, il collaudo e la manutenzione. 3 POSA DI MODULI FOTOVOLTAICI SULLA COPERTURA METALLICA DELLO STALLO AUTOBUS DESCRIZIONE Sulla copertura in lamiera metallica degli stalli degli autobus vengono posizionati e fissati i pannelli fotovoltaici. La copertura è sorretta da una struttura reticolare in acciaio idonea a sopportare, oltre al peso della copertura, un carico accidentale di 171daN/mq. Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 2 di 17
4 AZIONI SULLA COPERTURA AZIONI PERMANENTI Peso dei moduli fotovoltaici: 20 dan/m 2 AZIONI DELLA NEVE Si fa riferimento secondo quanto indicato al punto 3.4 del D.M Altitudine del sito : 200m s.l.m. Zona Climatica: Zona 1 - Alpina qsk = 150 dan/m 2 m i = coefficiente di forma: 0.8 C E = coefficiente di esposizione = 1 C t = coefficiente termico = 1 qs = 0.8 x qsk x C E x C t = 120 dan/m 2 DIMENSIONAMENTO DELLE STRUTTURE CALCOLO DEL SOVRACCARICO RESIDUO Ai fini della fattibilità dell intervento, si è svolta un analisi dei carichi e si è calcolato il carico residuo sulla copertura calcolato come differenza di carico tra azioni agenti allo stato attuale ed azioni agenti nello stato futuro. Stato attuale: La copertura è stata dimensionata per resistere ad un sovraccarico dovuto alla neve di 171 dan/m 2 Stato futuro: Sulla copertura verranno posizionati dei moduli fotovoltaici di peso pari a 20 dan/m 2. Sulla stessa agisce il carico neve, in riferimento alla normativa vigente, pari a 120 dan/m 2 Sovraccarico attuale = 171daN/ m 2 Sovraccarico futuro = = 140 dan/ m 2 < 171daN/ m 2 Sovraccarico residuo = 31 dan/ m 2 INTERVENTO AMMESSO Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 3 di 17
5 4 CABINA DI TRASFORMAZIONE SU SOLAIO ESISTENTE DESCRIZIONE DELLA COSTRUZIONE Viene realizzata una cabina di trasformazione per l impianto fotovoltaico da posizionarsi sulla copertura piana dell edificio della palazzina uffici attualmente destinata a parcheggio. Il solaio è costituito da tegoli prefabbricati in c.a.p., da una soletta collaborante in c.a. e da una pavimentazione industriale. Il solaio è stato dimensionato per un sovraccarico totale comprensivo di carichi permanenti ed accidentali di 600daN/mq. La cabina avrà dimensioni in pianta di 23,20 x 3,20 metri circa, per un altezza di 3,15 metri. Le pareti e la copertura dovranno essere leggere e coibentate, per un peso massimo a metro lineare di 20daN/m. La cabina dovrà resistere alle azioni di neve e vento e dovrà essere ancorata a terra. All interno della struttura verranno posizionati dei macchinari pesanti che poggeranno su un reticolo di travi metalliche che a loro volta poggeranno sul solaio. Queste travi avranno la funzione di distribuzione dei carichi. DESCRIZIONE DELLA STRUTURA E SCHEMA STATICO Si tratta del posizionamento di una cabina di trasformazione su un solaio esistente costituito da tegoli in c.a.p. con sovrapposta soletta in conglomerato armato e pavimentazione di tipo industriale. Allo stato attuale il solaio è adibito a copertura uso parcheggio. All interno della cabina vengono collocati dei macchinari pesanti che necessitano di una distribuzione del loro carico sul solaio. I macchinari vengono quindi poggiati su 2 orditure di travi in acciaio sovrapposte e perpendicolari: in questo modo il solaio verrà sollecitato da un carico di tipo lineare. Al fine di limitare il peso della struttura, la cabina di trasformazione viene realizzata con dei blocchi prefabbricati componibili costituiti da: pareti in pannelli modulari formati da un sandwich di lamiere zincate e preverniciate a forno con interposto poliuretano espanso iniettato a caldo (Spessore totale pannelli: mm ) rinforzate da profili metallici; Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 4 di 17
6 copertura costituita da profilato metallico con doppia funzionalità di ritegno dei pannelli isolanti e di raccolta acque. I pannelli isolanti sono costituiti da un sandwich di lamiere zincate e preverniciate a forno con interposto poliuretano espanso iniettato a caldo. Spessore totale pannelli: mm40+40 (grecatura di rinforzo). MATERIALI Travature, piastre: acciaio UNI EN (S235JR) Bulloneria: Acciaio inossidabile UNI EN ISO 3506 (X5CrNi18-10, ) AZIONI SULLA COSTRUZIONE AZIONI PERMANENTI Il peso proprio dei profili viene considerato secondo i seguenti valori: Acciaio: g = 78.5 kn/m 3 Cabina di trasformazione: Peso delle pareti-sandwich e della copertura = 17daN/m 2 Altezza media della cabina = 3.50m Lunghezza della cabina = 22.00m Larghezza della cabina = 3.20m Peso del grigliato = 50daN/m 2 area destinata alla cabina = 32x5 = 160mq Peso a metro quadrato della cabina: Pareti = ( )x3.5x17/150 = 18.8daN/m 2 Copertura = 17x(22x3.2)/160 = 7.5daN/m 2 Peso del grigliato = 50x(22x3.2)/160 = 22daN/m 2 TOTALE = 48.3daN/m 2 Macchinari: trasformatore MT/BT = 2650daN - n. trasformatori = 2 inverter = 1000daN - n. inverter = 6 quadri = 100daN - n. quadri = 6 Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 5 di 17
7 celle MT = 1000daN - n. celle MT = 1 carico totale macchinari = 12900daN area destinata alla cabina = 32x5 = 150mq Peso a metro dei macchinari: 12900/160 = 80.7 dan/m 2 AZIONI DELLA NEVE Si fa riferimento secondo quanto indicato al punto 3.4 del D.M Altitudine del sito : 200m s.l.m. Zona Climatica: Zona 1 - Alpina qsk = 150 dan/m 2 m i = coefficiente di forma: 0.8 C E = coefficiente di esposizione = 1 C t = coefficiente termico = 1 qs = 0.8 x qsk x C E x C t = 120 dan/m 2 AZIONI DEL VENTO Si fa riferimento secondo quanto indicato al punto 3.3 del D.M Le azioni statiche si traducono in pressioni e depressioni agenti normalmente alle superfici degli elementi che compongono la costruzione. La pressione del vento è data dalla relazione: p = q b x c e x c p x c d Pressione di riferimento q b q b = 0.5rv b 2 = 0.5x1.25x = 0.60 kn/m 2 in cui, essendo il sito in zona 1, si ricavano i seguenti dati: v b,0 = 25 m/s a 0 = 1000 m k a = 0.01 /m Altitudine del sito : 200m s.l.m. v b = v b,0 = 25 m/s Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 6 di 17
8 Coefficiente di esposizione c e Assumendo una rugosità del terreno tipo B, altitudine terreno di 200m s.l.m. ed inserito in zona 1, si ottiene una categoria di e- sposizione III, in funzione della quale si ricavano i seguenti dati: k r = 0.20 z 0 = 0.10 m z min = 5.0 m L altezza della struttura è di 3.50m, quindi il coefficiente c e = cost = c e (z min ) 2 c e = k r c t ln(z min /z 0 ) [7+c t ln((z min /z 0 )] = ln(5/0.1)x[7+ln(5/0.1) = In via cautelativa si assume: coefficiente di topografia c t = 1 coefficiente di forma c p = 1.2 coefficiente dinamico c d = 1 Si ricava una pressione del vento pari a: p = q b x c e x c p x c d = 0.60x1.2x1.708 = 123 dan/m 2 DIMENSIONAMENTO DELLE STRUTTURE 1. CALCOLO DEL SOVRACCARICO RESIDUO Ai fini della fattibilità dell intervento, si è svolta un accurata analisi dei carichi e si è calcolato il carico residuo agente sull impalcato ricavato come differenza di carico tra destinazione d uso esistente e destinazione d uso futura. Il pacchetto di copertura è costituito da: - Tegoli prefabbricati in c.a.p. con soletta collaborante in c.a. ; - Pavimento industriale sp.15cm Destinazione d uso attuale = parcheggio. Stato attuale: Il solaio è dimensionato per un sovraccarico, comprensivo di carichi permanenti ed accidentali, di 600daN/mq. La pavimentazione industriale incide per 2000daN/mq x 0,15m = 300daN/mq. Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 7 di 17
9 Rimane un sovraccarico utile di = 300daN/mq Stato futuro: Destinazione = cabina di trasformazione Carichi agenti = - Peso cabina e grigliato = 48.3 dan/m 2 - Peso macchinari = 80.7 dan/m 2 - Carico da neve = 120 dan/m 2 - TOTALE = 249 dan/m 2 Calcolo del carico residuo: Sovraccarico attuale = 300daN/ m 2 Sovraccarico futuro = 249 dan/ m 2 < 300daN/ m 2 Sovraccarico residuo = 51 dan/ m 2 Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 8 di 17
10 2.CONFRONTO TRA LE SOLLECITAZIONI E stata condotta una seconda verifica in termini di sollecitazioni residue, invece che di carico residuo. La configurazione di carico più sfavorevole è rappresentata dalla zona di posizionamento dei trasformatori MT/BT che costituiscono i macchinari più pesanti. La distribuzione del loro carico concentrato avviene secondo lo schema sotto riportato: A B daN C Il macchinario poggia su 2 travi trasversali (1-2) ad interasse di 90cm, le quali poggiano a loro volta su 3 travi (A-B-C) longitudinali fissate alla pavimentazione. Il carico del macchinario si divide su 4 appoggi pari a 2650/4 = 662.5daN. Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 9 di 17
11 SCHEMA STATICO TRAVI q Q/4 Q/4 C B A Risolvendo lo schema statico e applicando il carico q = 150daN/m del grigliato si ricavano le seguenti reazioni vincolari: Q,A = 364daN Q,B = 1378daN Q,C = 79daN Le travi A-B-C trasmettono al solaio un carico lineare dato dalla somma dei due carichi concentrati trasmessi dalle travi 1 e 2. SCHEMA DI DISTIBUZIONE DEI CARICHI SUL SOLAIO Q,1 Q, travi A-B-C pavimentazione soletta c.a tegolo VHC c.a.p. CARICO SUL SOLAIO IN CORRISPONDENZA DELLA TRAVE A: q,a = (Q,1+Q,2)/2.13 = ( )/2.13 = 341.8daN/m Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 10 di 17
12 CARICO SUL SOLAIO IN CORRISPONDENZA DELLA TRAVE B: q,b = (Q,1+Q,2)/2.13 = ( )/2.13 = daN/m CARICO SUL SOLAIO IN CORRISPONDENZA DELLA TRAVE C: q,c = (Q,1+Q,2)/2.13 = (79+79)/2.13 = 74.2daN/m I trasformatori MT/BT vengono collocati sul solaio secondo lo schema grafico seguente. I 2 trasformatori coinvolgono 3 tegoli di luce pari a 11 metri. tegoli VHC c.a.p trasf.1 trasf.2 3 tegoli inverter 1 Le sollecitazioni indotte sul solaio vengono confrontate con le sollecitazioni indotte dalla configurazione di carico allo stato attuale e schematizzata qui sotto. Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 11 di 17
13 SCHEMA STATICO SOLAIO - ATTUALE q = 300daN/mq V,2 q perm q perm V, sagoma cabina SCHEMA STATICO SOLAIO - STATO FUTURO q = 300daN/mq q,c q,b q,a V,2 q perm q perm V, L intervento risulta fattibile se le sollecitazioni indotte nello stato futuro risultano inferiori alle sollecitazioni allo stato attuale. Il carico permanente è dato da: peso proprio tegoli e peso proprio soletta che rimangono invariati peso proprio pavimentazione = 0.15x2000 = 300daN/m Nel calcolo delle sollecitazioni si considera una larghezza trasversale pari a 1,5x1.75 = 2.625m corrispondente ad 1,5 tegoli. I carichi calcolati al metro lineare vengono quindi moltiplicati per il fattore Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 12 di 17
14 Stato limite ultimo - danxm MOMENTO MAX TAGLIO MAX STATO ATTUALE STATO FUTURO Stato limite esercizio - danxm MOMENTO MAX TAGLIO MAX STATO ATTUALE STATO FUTURO Le sollecitazioni allo stato futuro risultano inferiori delle sollecitazioni indotte sul solaio dai carichi allo stato attuale. Allo stato limite di esercizio il Momento massimo allo stato futuro risulta maggiore del Momento massimo allo stato attuale, ma l incremento percentuale risulta pari allo 4.06%, quindi la struttura del solaio risulta ancora idonea a sopportare i carichi di progetto. Si esegue anche la verifica del tegolo sul quale viene posato un inverter da 1000daN. La condizione più sfavorevole è quella rappresentata dal tegolo con luce maggiore e pari a 21 metri. Nel calcolo delle sollecitazioni si considera una larghezza trasversale pari a 1.75 m corrispondente ad 1 tegoli. I carichi calcolati al metro lineare vengono quindi moltiplicati per il fattore Stato limite ultimo danxm MOMENTO MAX TAGLIO MAX STATO ATTUALE STATO FUTURO Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 13 di 17
15 Stato limite esercizio - danxm MOMENTO MAX TAGLIO MAX STATO ATTUALE STATO FUTURO Le sollecitazioni allo stato futuro risultano inferiori delle sollecitazioni indotte sul solaio dai carichi allo stato attuale. Allo stato limite di esercizio il Momento massimo allo stato futuro risulta maggiore del Momento massimo allo stato attuale, ma l incremento percentuale risulta pari allo 0.76%, quindi la struttura del solaio risulta ancora idonea a sopportare i carichi di progetto. INTERVENTO AMMESSO In allegato si riporta il calcolo delle sollecitazioni sul solaio nelle condizioni di stato attuale e futuro. L analisi è stata condotta utilizzando il programma di calcolo Beamcad della Concrete. Le travi poggianti sul solaio vengono dimensionate secondo lo schema statico di trave rovescia, con appoggi rappresentati dai basamenti dei macchinari e carico dato dalla reazione uniforme del solaio. L allegato mostra come l inflessione della trave risulta inferiore ad 1mm, non causando quindi effetti secondari e deformazioni indotte sul solaio. 5 PIATTAFORMA METALLICA DI SOSTEGNO DELLE CASSETTE ELETTRICHE DESCRIZIONE DELLA COSTRUZIONE Vengono realizzate 5 piattaforme per il collocamento di 6 cassette elettriche su piattaforma. Ogni piattaforma sarà costituita da una struttura portante in acciaio e da un camminamento in grigliato metallico. La struttura verrà collocata sulla sommità dei pilastri tubolari in acciaio esistenti dello stallo autobus che sorreggono la copertura dello stabile. Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 14 di 17
16 SCHEMA STATICO Si esamina la configurazione tipo costituita da un anello in acciaio dello spessore di 10mm appoggiato e fissato alla sommità del pilastro tubolare in acciaio a sostegno della copertura esistente, anch essa realizzata a travature reticolari in acciaio. All anello vengono saldati 4 mensole in acciaio (IPE100) sulle quali vengono saldate 4 travi UPN100 disposte in modo tale da formare un quadrato delle dimensioni 2,00x2,00m. Sopra i profili UPN100 viene fissato in grigliato metallico ed il parapetto metallico. All interno del parapetto vengono inserite 6 cassette delle dimensioni 800x250x600mm. MATERIALI Travature, piastre: acciaio UNI EN (S235JR) Bulloneria: Acciaio inossidabile UNI EN ISO 3506 (X5CrNi18-10, ) AZIONI SULLA COSTRUZIONE AZIONI PERMANENTI Il peso proprio dei profili viene considerato secondo i seguenti valori: Acciaio: g = 78.5 kn/m 3 Peso delle cassette = 50daN Peso del grigliato = 50daN/mq Peso del parapetto = 30daN/m Il peso del grigliato, del parapetto e delle cassette viene trasmesso ai profili di sostegno costituiti da 4 elementi UPN100, i quali trasferiscono il carico a 4 montanti tubolari diam. 45mm e sp.2mm che a loro volta poggiano su 4 mensole costituite da profili IPE100. Le mensole sono saldate ad un anello costituito da lamierain acciaio sp.10mm appoggiata e fissata al pilastro tubolare. Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 15 di 17
17 AZIONI ACCIDENTALI Sul grigliato si considera un carico accidentale di 200daN/mq. DIMENSIONAMENTO DELLE STRUTTURE La struttura è stata schematizzata per singoli elementi: travi di supporto, montanti e mensole in acciaio. Utilizzando il programma di calcolo Beamcad della Concrete si sono analizzate le sollecitazioni sulle singole aste e con semplici formule di calcolo definite dalla normativa si sono dimensionati i montanti, le bullonature e le saldature tra gli elementi. Si sono tenuti in conto i pesi propri e le azioni accidentali, combinati secondo quanto indicato dal metodo agli stati limite e per la condizione più sfavorevole. L azione del sisma non risulta determinante al fine del dimensionamento. Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 16 di 17
18 E stato valutato l aumento di carico indotto dalla piattaforma sul pilastro esistente ed è stato confrontato con lo stato di sollecitazione preesistente. L incremento di carico risulta inferiore al 2% rispetto al carico globale che insiste sul pilastro allo stato attuale e quindi la realizzazione della piattaforma risulta compatibile con la resistenza dello stesso. INTERVENTO AMMESSO Rev.0 Relazione di Verifica Strutturale Pagina 17 di 17
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