AT Aspetti nella progettazione sismica delle nuove costruzioni

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1 RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI INGEGNERIA SISMICA 2 Workshop di Coordinamento Progetto ReLUIS - DPC Bologna, Settembre 2012 Nuovo Progetto Esecutivo Reluis-DPC AT Aspetti nella progettazione sismica delle nuove Task 1.4 Strutture in legno Coordinatori: anon

2 STRUTTURE IN LEGNO AT 2 Aree Tematiche - AT 2.1 Aspetti nella progettazione sismica delle nuove Tasks Strutture in cemento armato Strutture in acciaio e composte acciaio-c.a. c.a Strutture in muratura Strutture in legno

3 UNITÀ DI RICERCA E RESPONSABILI ID PROGETTO RELUIS AT 2 - TASK 1.4 UNITÀ DI RICERCA RESPONSABILE STRUTTURA UNITÀ UNINA Napoli B. Calderoni UNIBS Brescia E. Giuriani UNIUD Udine A. Gubana P. Lenza, C. Giubileo, G. Pacella G. Metelli, M. Preti M. Buttazzi, F. orzini UNITS Trieste N. Gattesco R. Franceschinis, I. Clemente UNISS Sassari M. Fragiacomo B. De Nicolo COORDINAMENTO UNITN Trento M. Piazza C. Loss

4 OBIETTIVI DELLA RICERCA LINEE GUIDA per il CALCOLO degli EDIFICI in LEGNO - Riassumere principi e regole per la progettazione di nuovi edifici di legno in zona sismica Regole per la Progettazione, il Calcolo e l Esecuzione di Strutture di Legno in Condizioni Sismiche - Redigere un documento conforme alle Norme Tecniche per le Costruzioni e agli Eurocodici per il calcolo degli edifici lignei - Descrivere la procedura per la progettazione di alcuni edifici caso studio

5 LINEE GUIDA: STRUTTURE IN LEGNO EDIFICI IN LEGNO IN ITALIA I. Sistemi costruttivi a pannelli massicci XLAM II. Sistemi costruttivi a pannelli intelaiati (Platform Frame) Previsione sui sistemi costruttivi che potranno maggiormente crescere nei prossimi anni (2015). Fonte: P. Gardino

6 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI PROGETTAIONE SISMICA DELLE STRUTTURE LIGNEE Ruolo dei differenti collegamenti nella risposta sismica della struttura lignea TIE-DOWN PIASTRA A TAGLIO F v q F COLLEGAMENTO CHIODATO PANNELI-TELAIO M h F ANGOLARE A TAGLIO HOLD-DOWN F v b T C

7 F LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI PROGETTAIONE SISMICA DELLE STRUTTURE LIGNEE Ruolo fondamentale riveste la progettazione dei collegamenti, nel rispetto dei principi della progettazione in capacità,, in questo caso della gerarchia delle resistenze < Casi limite di comportamento del pannello parete > Comportamento a taglio Comportamento a blocchi rigidi Meccanismo di rottura dell intero pannello parete. Comportamento tipicamente duttile. Deformazione a taglio dell elemento parete. Questo modo di rottura si sviluppa se i collegamenti sono sovra-resistenti rispetto alla capacità dell elemento parete. F Meccanismo di rottura concentrato nei collegamenti. Comportamento più o meno fragile, almeno se non si utilizzano collegamenti specifici. Deformazione per rotazioni rigide dell elemento parete.

8 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI PROGETTAIONE SISMICA DELLE STRUTTURE LIGNEE Modalità di implementazione dei collegamenti nel modello numerico, tipicamente agli elementi finiti, per potere eseguire analisi numeriche sufficientemente affidabili da Acler E., PhD thesis, 2012 Squadretta Hold-down Idealizzazione dei collegamenti di una parete XLAM Modello FEM di una parete XLAM NN LINK for friction NN LINK for brackets NN LINK for the hold-down GAP element for the concrete slab

9 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI PROGETTAIONE SISMICA DELLE STRUTTURE LIGNEE Modalità di implementazione dei collegamenti nel modello analitico o numerico (FEM), per potere eseguire analisi numeriche sufficientemente affidabili (A) Modello a macroelementi equivalenti a plasticità concentrata (B) Modello a parete piena a plasticità concentrata Metodi di Analisi codificati (A) (B) Spesso troppo onerosa

10 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI PROGETTAIONE SISMICA DELLE STRUTTURE LIGNEE Progettare la struttura in campo elastico assumendo comportamento non (o poco) dissipativo oppure progettare la struttura in campo anelastico assumendo un adeguato fattore di struttura q? q Edificio con numero limitato di piani ( 4) Legame perfettamente elastico F Force Curve isteretiche F R = = μ F max elastico max anelastico Displacement Δ da Loss C., PhD thesis q= 1 Legame elasto-plastico q=2 q= 5 All aumentare di q cresce la domanda di duttilità nei collegamenti, la complessità del dettaglio strutturale richiesto e quindi il costo finale dell opera.

11 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI PROGETTAIONE SISMICA DELLE STRUTTURE LIGNEE Sistemi costruttivi e fattore di struttura: definizione semplificata Dettagli costruttivi e Capacity Design Spesso valori di q usati incondizionatamente da Fournely E. (COST, 2006)

12 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI ASPETTI LEGATI ALLA MESSA IN OPERA DELLE STRUTTURE Sistemi costruttivi, ipotesi assunte nel progetto, abilità realizzativa Continuità nella trasmissione delle forze verticali e orizzontali a terra

13 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI ASPETTI LEGATI ALLA MESSA IN OPERA DELLE STRUTTURE Sistemi costruttivi, ipotesi assunte nel progetto, perizia realizzativa Comportamento a diaframma dell orizzontamento. Giunti di continuità pannello-pannello.

14 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI ASPETTI LEGATI ALLA MESSA IN OPERA DELLE STRUTTURE Richiamare l attenzione l sul controllo di qualità degli elementi costruttivi in legno utilizzati nella realizzazione degli edifici. i. Sostanzialmente chiarire alcuni punti definiti al Capitolo 11 delle NTC.

15 LINEE GUIDA: CONTENUTI ATTESI ASPETTI LEGATI ALLA MODELLAIONE NUMERICA NELLO STUDIO DEL COMPORTAMENTO DINAMICO DEGLI EDIFICI Esempi di modellazione FEM non corretta degli edifici Non dimensionare le strutture secondo metodi di calcolo semplicemente mutuati da altre metodologie e altri materiali (es. c.a.). Identificare gli elementi in cui sia possibile avere comportamento anelastico e buona capacità dissipativa. Approccio con modelli a plasticità concentrata. F Δ F = K Δ K DOVE?

16 Codici FINALITÀ DEL DOCUMENTO Professionista LINEE GUIDA PER LA PROGETTAIONE, IL CALCOLO E L ESECUIONE DI STRUTTURE DI LEGNO IN CONDIIONI SISMICHE Risultati?

17 LINEE GUIDA - SCHEMA IL DOCUMENTO INTERAGISCE CON GLI STRUMENTI NORMATIVI IN VIGORE (NTC, EUROCODICI) Regole per la Progettazione, il Calcolo e l Esecuzione di Strutture di Legno in Condizioni Sismiche I Parte Introduzione al problema sismico con particolare riferimento alle strutture di legno II Parte Progettazione sismica dei sistemi costruttivi moderni III Parte Esempi di calcolo dei casi studio proposti. Verifica numerica delle procedure adottate e confronto dei dati ottenuti da sperimentazione

18 LINEE GUIDA - SCHEMA I PARTE Parte descrittiva Azione Sismica, Comportamento strutturale, Metodi di analisi, Fattore di struttura, Criteri di modellazione, [ ].[ Regole per la Progettazione, il Calcolo e l Esecuzione di Strutture di Legno in Condizioni Sismiche F T, ξ

19 LINEE GUIDA - SCHEMA II PARTE Progettazione sismica dei sistemi costruttivi in legno impiegati nella realizzazione degli edifici. Regole per la Progettazione, il Calcolo e l Esecuzione di Strutture di Legno in Condizioni Sismiche MDOF F Framing Shear panel hold-down anchors shear anchors F da Loss C., Progettazione Sismica, hold-down anchors Wood massive panel shear anchors

20 LINEE GUIDA - SCHEMA II PARTE Progettazione sismica dei sistemi costruttivi in legno impiegati per la realizzazione degli edifici. Approfondimenti sulla parte relativa ai collegamenti, soprattutto in relazione alle capacità dissipative e anelastiche attese per la struttura. A B A. Collegamenti ai piani F 3 F 2 F 1 Piastra a taglio Tie-down 0.3 m 2.44 m 2.44 m 2.44 m 0.3 m 0.3 m NORD Edificio di legno B. Collegamenti di base Hold-down 4.88 m 6.10 m Angolare a taglio da Loss C., Progettazione Sismica,

21 LINEE GUIDA - SCHEMA III PARTE Calcolazione Esempi di calcolo esplicativi della procedura per il dimensionamento di edifici ordinari. Indicazioni sull uso uso di modelli numerici, con particolare riferimento ai modelli FE, per lo studio degli edifici in legno. Regole per la Progettazione, il Calcolo e l Esecuzione di Strutture di Legno in Condizioni Sismiche Edificio oggetto di studio

22 LINEE GUIDA - SCHEMA III PARTE Saranno dimensionati due sistemi costruttivi utilizzando la stessa pianta architettonica L edificio sarà progettato utilizzando l analisi l statica lineare Seguirà la verifica dell edificio edificio attraverso l uso l di modelli agli elementi finiti I modelli FE saranno calibrati in funzione dei risultati delle prove sperimentali Confronto tra i risultati delle analisi Edificio a tre piani realizzato utilizzando le tecnologie costruttive a pannelli intelaiati Platform Frame e a pannelli massicci XLAM Pianta dell edificio oggetto di studio

23 LINEE GUIDA - SCHEMA III PARTE - ESEMPI DI PROGETTAIONE DESCRIIONE DEI CASI STUDIO: Geometria dell edificio, dettagli costruttivi, proprietà dei materiali, carichi agenti, semplificazioni ammesse, etc. CRITERI DI PROGETTAIONE: Definizione delle azioni sulla struttura, combinazione dei carichi, classe di duttilità, dettagli costruttivi, etc. ANALISI SEMPLIFICATA (Analisi statica lineare): Determinazione delle azioni sismiche, distribuzione delle forze, calcolo dello stato di sollecitazione, verifica degli elementi e dei collegamenti, etc. ANALISI AGLI ELEMENTI FINITI (Modello FE, eventualment semplificato) VERIFICA DELL AFFIDABILITA DELLA PROCEDURA

24 RISULTATI dalle UNITÀ di RICERCA ID UNITÀ DI RICERCA RESPONSABILE STRUTTURA UNITÀ UNINA Napoli B. Calderoni UNIBS Brescia E. Giuriani UNIUD Udine A. Gubana P. Lenza, C. Giubileo, G. Pacella G. Metelli, M. Preti M. Buttazzi, F. orzini UNITS Trieste N. Gattesco R. Franceschinis, I. Clemente UNISS Sassari M. Fragiacomo B. De Nicolo COORDINAMENTO UNITN Trento M. Piazza C. Loss

25 UNITÀ DI RICERCA di NAPOLI Implementazione del modello FEM (I) (II) (A) Caratterizzazione sperimentale (B) (C) (D) (E) (I) (II) Modellazione con pareti isolate. Modellazione con pareti e aperture. Prove su alcune tipologie di pannelli a base di legno combinati ad altri materiali (p.es. EPS). Pannelli a strati incollati. B. Calderoni, P. Lenza, C. Giubileo, G. Pacella

26 UNITÀ DI RICERCA di NAPOLI Modelli numerici per la caratterizzazione anelastica degli edifici in XLAM Analogia Parete monolitica Connessioni meccaniche Curve di capacità Con fasce di piano TELAIO SHELL Dettaglio dei collegamenti nel modello FEM Senza fasce di piano MENSOLE SHELL I primi risultati ottenuti suggeriscono l adozione di un fattore di struttura q=2. Mentre il modello più opportuno da adottare nelle analisi è quello a mensole collegate da pendoli. B. Calderoni, P. Lenza, C. Giubileo, G. Pacella

27 UNITÀ DI RICERCA di BRESCIA Prove sperimentali sulle pareti e sui collegamenti a terra ELEMENTI MONTANTI PANNELLO CHIODI GRAFFE Pannello di particelle P5 ρ Materiale GL24 h m =696.7 kg/m 3 Acciaio * le proprietà medie sono state determinate ρ m =426.7 kg/m 3 f m,mean =13.9 MPa f uk =600 MPa Acciaio attraverso prove sperimentali f t,mean =6.56 MPa f um =800 MPa f uk =850 MPa E m,mean =2716 MPa E m,mean =2021 MPa L L D Carico sulla connessione (5+5 connettori) [kn] Caratteristiche geometriche Sezione 16x10cm Spessore 22 mm Confronti collegamento CHIODATO e GRAFFATO F v,rm,tot=10.61kn 10 F v,rk,tot=8.78kn F v,rm,tot=7.18kn F v,rk,tot=5.12kn D D = 2.8 mm L =80 mm PROVE NON CONFINATE -4 CHIODI PROVE NON CONFINATE F v,rk,tot=5.12k -0.4 CICLICHE -6 PROVE CONFINATE F v,rm,tot=7.18k PROVE NON CONFINATE F v,rk,tot=8.78kn F v,rm,tot=10.61kn Scorrimento [mm] GRAFFE PROVE NON CONFINATE CICLICHE PROVE CONFINATE D=1.4/1.6mm L=51mm Carico singolo connettore metallico [kn] Carico singola connessione [kn] Connessioni holdown - confronti con rondella senza rondella H01-M allontanamento montante - fondazione H02-M - Allontanamento montante fondazione (media STRUM. 1; 5; 7; 9) H03-M - Allontanamento montante fondazione (media STRUM. 1; 5; 7; 9) H04-M - Allontanamento montante fondazione (media STRUM. 1; 5; 7; 9) Allontanamento [mm] E. Giuriani G. Metelli, M. Preti

28 UNITÀ DI RICERCA di BRESCIA Studio numerico del comportamento anelastico delle pareti di sistemi costruttivi XLAM I. Sistema costruttivo multipiano con pareti realizzate da pannelli XLAM monopiano duttilità locale dei collegamenti fattore di struttura di progetto dettagli costruttivi nei collegamenti Rapporti di snellezza parete e meccanismo di collasso II.Sistema costruttivo multipiano con pareti isolate a tutt altezza, composte da pannelli XLAM affiancati Hold-down E. Giuriani G. Metelli, M. Preti

29 UNITÀ DI RICERCA di UDINE Comportamento strutturale degli edifici a pannelli intelaiati (sistema Platform Frame) Con rivestimento Senza rivestimento Simulazione numerica del comportamento non lineare di un edificio full-scale Misure sperimentali Schematizzazione finale della struttura A. Gubana M. Buttazzi, F. orzini

30 UNITÀ DI RICERCA di UDINE Simulazione numerica di un edificio con due modelli FEM differenti Modellazione a shell equivalenti Modellazione a telaio con diagonali a comportamento non lineare μ Δ 3 A. Gubana M. Buttazzi, F. orzini

31 UNITÀ DI RICERCA di TRIESTE A Tests specifici su pareti A. Pareti con rivestimento truciolare B. Pareti con rivestimento OSB Set up di prova Stiff steel bracing Panel Actuator Loading cell Steel element B Hold Down Bolts N. Gattesco R. Franceschinis, I. Clemente

32 UNITÀ DI RICERCA di TRIESTE Modello numerico per elementi Modello del chiodo Modello della parete Modello numerico dell edificio Capacity curve Modello hold-down F i, q = min Fi, el d N. Gattesco R. Franceschinis, I. Clemente

33 UNITÀ DI RICERCA di SASSARI Configurazione geometrica dell elemento parete Legame costitutivo del componente molla Implementazione FEM di un edificio reale 1 piano F = K Δ Δ K Simulazione dinamica full-scale M. Fragiacomo B. De Nicolo

34 RICERCHE RECENTI PER RIFERIMENTO STUDIO DEL COMPORTAMENTO SISMICO DI STRUTTURE LIGNEE A PIU PIANI (MEDIO-ALTE) Seismic Behavior of Multistorey Cross-laminated Timber Buildings Performance-Based Seismic Design for Mid-Rise Woodframe Construction

35 ALTRE ATTIVITA DI RICERCA in CORSO PROGETTO SERIES SEISMIC ENGINEERING RESEARCH INFRASTRUCTURES FOR EUROPEAN SYNERGIES Seismic performance of multi-storey timber buildings University of Trento (Italy) Platform frame Graz University of Technology (Austria) CLT XLAM University of Minho (Portugal) Log House

36 RETE DEI LABORATORI UNIVERSITARI DI INGEGNERIA SISMICA 2 Workshop di Coordinamento Progetto ReLUIS - DPC Bologna, Settembre 2012 Nuovo Progetto Esecutivo Reluis-DPC AT Aspetti nella progettazione sismica delle nuove Task 1.4 Strutture in legno Coordinatori: anon Grazie per l attenzione!