Costruzioni in acciaio in zona sismica II

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1 Laboratorio di progettazione strutturale A.A. 2009/2010 Costruzioni in acciaio in zona sismica II Prof. Ing. Andrea Dall Asta Università di Camerino Dipartimento di PROgettazione e Costruzione dell Ambiente andrea.dallasta@unicam.it

2 Edifici in acciaio - criteri di verifica Aspetti generali Edifici con controventi concentrici Edifici con controventi eccentrici Edifici a telaio Edifici a pendolo invertito

3 Controventi eccentrici Classe duttilità ALTA q=au/ay 5.0 au/ay = 1.2 Classe duttilità BASSA q = 4.0

4 Controventi eccentrici No condizioni geometriche sul dimensionamento Rigidezza controllabile (SLD vento) Specializzazione strutturale B/H meno influente sul progetto (no vincoli sul progetto della trave dissipativa) Compatibilità architettonica migliore Comportamento statico semplice

5 Confronto concentrici-eccentrici Controventi eccentrici

6 Controventi eccentrici Eccentricità limite e lim = 2.0 M l,rd /V l,rd (link simmetrico) e lim = (1+ a) M l,rd /V l,rd (link non simmetrico, a=m l,min / M l,rd ) Classificazione link corto e<1,6m l,rd /V l,rd <0.8(1+ a) M l,rd /V l,rd link intermedio 1,6 M l,rd /V l,rd < e <3M l,rd /V l,rd link lungo e >3M l,rd /V l,rd >1.5(1+ a)m l,rd /V l,rd M l,rd resistenza flessionale di progetto M l, Rd f y bt f h t f V l,rd resistenza a taglio di progetto V f h t / 3 l, Rd y w f t N Sd trascurabile se <0.15 N pl,rd

7 Controventi eccentrici Dimensione link per profili usuali SEZIONE W (cm 3 ) A w (cm 2 ) M Rd V Rd M Rd /V Rd link corto se e(m) <: link lungo se e(m) >: IPE , ,49 0,78 1,46 HEA , ,47 0,76 1,42 HEA , ,68 1,08 2,03 HEA , ,76 1,21 2,27 HEA , ,02 1,63 3,06 HEB , ,50 0,80 1,51 HEB , ,65 1,03 1,94 HEB , ,75 1,21 2,26 HEB , ,79 1,26 2,37 HEB , ,89 1,42 2,66 HEB , ,93 1,49 2,80 HEB , ,01 1,62 3,03 HEB , ,04 1,67 3,13 HEB , ,06 1,69 3,17 HEB , ,05 1,68 3,15

8 Controventi eccentrici Gerarchia delle resistenze Gerarchia delle resistenze Resistenza del Link (contributo soletta e meccanismi locali) Link corto Link lungo V u =1,5*V l,rd (M l,sd ) M u =1,5*M l,rd (V l,sd ) M max = V u e/2 V max = 2M u /e Coefficienti di sovraresistenza dei link Link corto Link lungo i 1.5V V l, Rd, i Ed, i Condizione di regolarità i,max i,min 1.25 Coefficiente sovraresistenza globale min i ;q i 1.5M M l, Rd, i Ed, i

9 Controventi eccentrici Gerarchia delle resistenze Gerarchia delle resistenze Resistenza altri elementi (trave-colonna-diagonali) N Rd (M Ed ) > N Ed = N Ed,G + 1.1g Rd N Ed,E M Ed = M Ed,G + 1.1g Rd M Ed,E N Ed,G, M Ed,G = Sollecitazioni non sismiche N Ed,G, M Ed,G = Sollecitazioni sismiche

10 Controventi eccentrici Dettagli Regole di dettaglio Instabilità ali e flessotorsionale (link lunghi e intermedi) Irrigidimenti a distanza 1.5 b f dal nodo (a tutta altezza) Instabilità anima (link corti) Irrigidimenti d anima alle estremità ed intermedi, spessore t>tw, t>10mm Larghezza bf/2-tw Nei link corti con travi piccole (h<600mm) si possono disporre su un solo lato con altezza >3/4hw

11 Controventi concentrici - GR Gerarchia resistenze semplificata - Dimensionamento a taglio (link corti) o flessione (link lunghi) della trave con sollecitazioni di calcolo - Dimensionamento di travi, pilastri e collegamenti dei controventi con coefficienti di sovraresistenza (=1) S Rd > S Ed = S Ed,G + 1.1g Rd N Ed,E S Ed,G = Sollecitazioni non sismiche S Ed,E = Sollecitazioni sismiche

12 Edifici in acciaio - criteri di verifica Aspetti generali Edifici con controventi concentrici Edifici con controventi eccentrici Edifici a telaio

13 Telai Rigidezza bassa (SLD vento - instablità) Specializzazione strutturale (telai diversificati-luci ridotte) Compatibilità architettonica massima Comportamento statico complesso Collegamenti onerosi Telaio spaziale Telaio perimetrale Telaio perimetrale parziale

14 Collegamenti saldati (3D) Telai - collegamenti

15 Telai - collegamenti Collegamenti bullonati (2D) Collegamenti bullonati (3D)

16 Telai zone dissipative Zone dissipative telai Classe duttilità ALTA q=au/ay 5.0 au/ay = Classe duttilità BASSA q = 4.0

17 Nodo Zona dissipativa = zona in prossimità dei nodi Componenti (diversa duttilità) Nodo : pannello a taglio (duttile) Nodo : piatti di continuità Collegamento : trave-pilastro (duttile) Collegamento : pilastro-pilastro Membratura : trave (duttile) Membratura : pilastro

18 Pannelli nodali Pannelli nodali Piatti di continuità Evitare concentrazioni vicino anima pilastro Ripartizione uniforme taglio sul pannello Pannello a taglio Elemento dissipativo (in serie con trave) Incrudimento sensibile Cicli plastici stabili

19 Pannelli nodali Pannelli nodali Sollecitazioni di progetto NTC 2009 considera zona non dissipativa gerarchia resistenze M pl, Rd hb t f V g wp, Rd Rd 1 hb t f H h V V V wp,rd = resistenza di progetto anima Aw fy /3 0.5 M pl,rd h b t f H M pl Rd pl travi,, hb t f M pl Rd Sd pilastri,, H hb b = resistenza plastica di progetto delle travi = altezza trave = spessore flange = altezza interpiano Nota: nella circolare 2009 non c è il fattore 1.1

20 Pannelli nodali Pannelli nodali Resistenza di progetto V min ( Vvb, Rd, Vvp, v, Rd Rd ) V vp,rd V vb,rd = resistenza plastica = resistenza instabilità V f 3 f y y vp, Rd AVC 1 V vb, Rd Vvp, Rd se 2 hw t f yk altrimenti EC3-1-5 Nota: piatti di continuità obbligatori per collegamenti saldati

21 Collegamento Trave-pilastro Collegamento trave-colonna (Northridge earthquake 1994) Connessione mista (bullonatura+ saldatura) Strappi lamellari (forza ort. direzione di laminazione) Personale non qualificato / sald. In opera Saldatura inferiore interrotta Frattura indotta dal piatto di appoggio Impalcato a struttura mista

22 Collegamento Trave-pilastro Collegamento trave-colonna Collegamento sovra-resistente Trave indebolita (dog-bone)

23 Collegamento Trave-pilastro Collegamento con trave indebolita M Sd W RBS M f Sd yd c W WRBS 2( h e) e a deve essere tale che la cerniera plastica non si allontani molto dal pilastro b tale da garantire una sufficiente capacità rotazionale alla cerniera plastica per assicurare la formazione del meccanismo globale. EC8 0,75 h b f a 6 b 1 0,5 b f b h

24 Collegamenti pilastri Collegamento trave-colonna (non dissipativo) M j,rd > 1.1 g Rd M b,pl,rd (o saldature di I classe) M j,rd = resistenza di progetto del collegamento M b,pl,rd = resistenza plastica di progetto flessionale della trave g Rd = sovraresistenza materiale Collegamento colonna fondazione (non dissipativo) M C,Rd > 1.1 g Rd M c,pl,rd (N Ed ) M C,Rd = resistenza di progetto del collegamento M c,pl,rd = resistenza plastica di progetto della base della colonna N Ed g Rd = sollecitazione assiale di progetto = sovraresistenza materiale

25 Travi e pilastri prescrizioni generali Cerniere plastiche alle estremità delle travi N Sd e V Sd non devono ridurre la duttilità delle travi M Ed < M pl,rd N Ed < 0.15 N pl,rd V Ed,G + V Ed,M < 0,5 V pl,rd (travi collegate ai controventi di piano) (taglio azioni verticali+taglio momenti resistenti) (travi corte e HE) Taglio sui pilastri M RdA A qmax Gk 2i Q k B M RdB V Ed < 0,5 V pl,rd L

26 Sovraresitenza delle cerniere plastiche M pl,rd,i = resistenza plastica di progetto della cerniera M Ed,i = sollecitazione di progetto della cerniera Edifici in acciaio - criteri di verifica i M M pl, Rd, i Ed, i Coefficiente di sovraresistenza globale min i ;q Sollecitazioni di progetto elementi non dissipativi (colonne) N Ed = N Ed,G g Rd N Ed,E M Ed = M Ed,G g Rd M Ed,E V Ed = V Ed,G g Rd V Ed,E S Ed,G = sollecitazione dovuta ai carichi verticali S Ed,E = sollecitazione dovuta al sisma g Rd = sovraresitenza materiale Gerarchia resistenza locale trave-pilastro S M c,pl,rd (N c,e d ) > g RD S M b,pl,rd g RD = 1.3 / 1.1 AD / BD

27 Esempio telaio Dimensioni 28 x 14 m 2 G k = 4,71 kn/m 2 (1;2;3;4) G k = 4,16 kn/m 2 (5) Q k = 3,00kN/m 2 (1;2;3;4;5) Azione del sisma: Cat. suolo di fond. C Zona sismica 1 ag 0,35g Fatt. di import. 1,00 5 piani; H tot =17,50 m; H int =3,50 m Il paragrafo dell OPCM 3431 definisce lo spostamento limite di interpiano: Per edifici con tamponamenti collegati rigidamente alla struttura che interferiscono con la deformabilità della stessa si avrà; dr =0,005 h int Acciaio Strutturale per le TRAVI Tipo S235 (Fe 360) f yk = 235 N/mm 2 f u = 360 N/mm 2 γ Rd =1,15 E S = N/mm 2 Acciaio Strutturale per i PILASTRI Tipo S355 (Fe 510) f yk = 355 N/mm 2 f u = 510 N/mm 2 γ Rd =1,1 E S = N/mm 2

28 S(T)/g Progetto con sezioni indebolite Sezioni indebolite Spettri di risposta Se/g Sd/g 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 Periodo T (s)

29 Progetto con sezioni indebolite Nodo

30 Progetto con nodi semirigidi Rigidezza Rotazionale 2 Ez S j, ini n 1 i 1 K i Nodi semirigidi Resistenza- Momento Resistente M j, Rd hr Ftr, Rd r Difficoltà nel progetto contemporaneo della rigidezza (Msd) e della resistenza Mrd

31 Progetto con nodi semirigidi Nodo

32 Progettazione sismica Comportamento dissipativo (7.2) - Gerarchia delle resistenze semplificata - Dimensionamento a flessione delle travi con sollecitazioni di calcolo - Dimensionamento a taglio delle travi, progetto a flessione e taglio dei pilastri, progetto dei collegamenti con sollecitazioni amplificate con i coefficienti di sovraresistenza (=1) S Rd > S Ed = S Ed,G + 1.1g Rd N Ed,E S Ed,G = Sollecitazioni non sismiche S Ed,E = Sollecitazioni sismiche

33 Laboratorio di progettazione strutturale A.A. 2009/2010 Costruzioni in acciaio in zona sismica II Prof. Ing. Andrea Dall Asta Università di Camerino Dipartimento di PROgettazione e Costruzione dell Ambiente andrea.dallasta@unicam.it