Il sistema X-HVB: i connettori a taglio per strutture miste. Il sistema Hilti X-HVB. Soluzioni per strutture miste pag 1

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1 Il sistema X-HVB: Il sistema Hilti X-HVB i connettori a taglio per strutture miste Soluzioni per strutture miste pag 1

2 Contenuto della pagina 1. Sintesi Introduzione Connettore a taglio Hilti X-HVB in sintesi Progetto di una trave composta Tipi di connettori a taglio Sistema Hilti X-HVB Introduzione ai connettori X-HVB Certificazioni/approvazioni Connettore a taglio Hilti e chiodi X-ENP-21 HVB Caratteristiche dei materiali Requisiti di applicazione Attrezzi Cartucce Garanzia della qualità del fissaggio Campi di applicazione e proposte di valore Proposte di valore in interventi di nuova costruzione Proposte di valore in interventi di recupero edilizio Progettazione di connettori a taglio secondo EC Analisi carico/spostamento dei connettori X-HVB (requisiti di duttilità) Copriferro Distribuzione dei connettori a taglio sulle travi Resistenza di taglio tra soletta in calcestruzzo e flangia superiore della trave in acciaio Resistenza di taglio dei connettori X-HVB come da DFTM Sostituzione dei pioli a taglio saldati con gli X-HVB nella fase di progettazione Posizionamento, interassi e distanze dai bordi dei connettori X-HVB Regole generali Solette in calcestruzzo senza lamiera grecata Solette in calcestruzzo con lamiera grecata gole parallele alla trave Solette in calcestruzzo con lamiera grecata gole trasversali alla trave Esempi di lamiere grecate presenti sul mercato Esempio progettuale Servizio tecnico Hilti Considerazioni particolari Resistenza al fuoco Interventi di recupero edilizio Controllo dell inflessione (freccia) Riferimenti progettuali Riferimenti Omologazioni/approvazioni Direct Fastening Technology Manual Letteratura e pubblicazioni Hilti pag 2 Soluzioni per strutture miste

3 1. Sintesi 1.1 Introduzione Nelle strutture composte acciaio-calcestruzzo tradizionali i connettori a taglio sono saldati alle travi in acciaio. I connettori a taglio Hilti X-HVB sono invece fissati alle travi in acciaio mediante due chiodi X-ENP-21 HVB senza la necessità di realizzare una saldatura. Questo manuale contiene informazioni per la progettazione delle travi miste nel settore delle costruzioni edili. Lo scopo del connettore a taglio X-HVB è quello di garantire la connessione meccanica tra le travi in acciaio e la soletta in calcestruzzo sovrastante. È inoltre progettato per resistere alle forze di taglio che agiscono all'interfaccia tra i due elementi strutturali, favorendo un comportamento misto. Il documento vuole essere una guida all'utilizzo dei connettori a taglio Hilti X-HVB, mostrando i principi per il calcolo e la progettazione. Il manuale include i seguenti argomenti: caratteristiche del sistema connettore a taglio X-HVB; resistenza dell X-HVB in travi composte sottoposte a flessione; disposizione dei connettori a taglio; disposizioni relative alla resistenza al fuoco; X-HVB negli interventi di recupero edilizio. Le informazioni presenti in questo documento sono conformi alle norme europee. Figura 1: Trave composta con connettori a taglio X-HVB Soluzioni per strutture miste pag 3

4 1.2 Connettore a taglio Hilti X-HVB in sintesi X-HVB è un connettore a taglio duttile, secondo le disposizioni dell EC4. Per questo motivo può essere utilizzato sia per la progettazione di connessioni in campo elastico che plastico. Figura 2: connettore a taglio X-HVB Travi miste con o senza lamiera in acciaio X-HVB è utilizzato per trasferire forze di taglio longitudinale in maniera efficace tra le solette in calcestruzzo e le travi in acciaio. Figura 3: Connettore a taglio X-HVB su lamiere grecate in acciaio Interventi di recupero edilizio Essendo il connettore a taglio X-HVB fissato sulla trave in acciaio con due chiodi, può essere installato anche su profili in ferro battuto e su travi zincate o verniciate. Questo favorisce il comportamento misto tra elementi in acciaio esistenti e nuovi strati in calcestruzzo, aumentando i carichi ammissibili negli edifici esistenti. Figura 4: Connettore a taglio X-HVB in interventi di recupero edilizio Semplice, veloce e indipendente da condizioni in sito Non richiedendo saldature e quindi nessuna attrezzatura elettrica, il connettore HVB può essere installato anche in condizioni di umidità, laddove la saldatura risulterebbe inaffidabile. pag 4 Soluzioni per strutture miste

5 1.3 Progettazione di travi miste Le solette in calcestruzzo gettate, sostenute da travi in acciaio, sono progettate per strutture miste o non miste. Si possono avere due casistiche: le travi in acciaio e la soletta in calcestruzzo sono progettate separatamente, come in figura 5-A, oppure questi elementi strutturali agiscono insieme come un unico elemento per resistere a flessione, cioè come strutture miste, come in figura 5-B&C. Figure 5: Gradi di connessione a taglio, fino allo sviluppo del momento plastico Per la progettazione di strutture miste (figura 5-B&C), i connettori a taglio devono essere posati sulla flangia superiore delle travi in acciaio e sono responsabili della trasmissione dello sforzo di taglio longitudinale attraverso l interfaccia tra acciaio e calcestruzzo. Non appena avviene lo scorrimento sull interfaccia, si verifica simultaneamente uno spostamento verticale del calcestruzzo. I connettori a taglio devono essere quindi in grado di resistere a tale spostamento evitando il sollevamento. La completa azione collaborante è raggiunta quando: si raggiunge la completa capacità a taglio dell acciaio o del calcestruzzo, ovvero la connessione a taglio non controlla la capacità della trave composta; lo scorrimento tra gli elementi strutturali è trascurabile. Nei casi in cui non si richieda la completa azione collaborante, ad esempio il controllo della freccia, si introduce il concetto della connessione a taglio parziale: con uno scorrimento limitato sull interfaccia; la resistenza a flessione sarà controllata dal grado di connessione a taglio. Poiché la connessione a taglio parziale non consente la completa resistenza a flessione delle sezioni trasversali, ci sono limiti sulla resistenza a flessione con una connessione parziale a taglio; ciò è affrontato in questo documento e in maniera completa nell Eurocodice 4 e nell Eurocodice 8. La progettazione delle travi composte è indicata per le sezioni sottoposte a momenti flettenti positivi, poiché il calcestruzzo ha una buona resistenza alla compressione. Se si utilizza la lamiera in acciaio, la resistenza a compressione della lamiera viene trascurata. Soluzioni per strutture miste pag 5

6 Figura 6: Esempio di distribuzione delle tensioni in campo plastico per una trave mista con una soletta in calcestruzzo e una connessione a taglio completa (momento flettente positivo). La continuità della trave può produrre momenti flettenti negativi vicino agli appoggi. Per momenti flettenti negativi, le armature della soletta sono in trazione e i connettori a taglio devono garantire che la forza di trazione nell armatura sia trasmessa alla trave in acciaio. Quando viene utilizzata una lamiera grecata, si suppone che sia sottoposta al carico di snervamento. Figura 7: esempio di distribuzione di tensioni in campo plastico per una trave mista con una soletta in calcestruzzo e una completa connessione a taglio (momento flettente negativo) Poiché la sezione trasversale dell elemento composito è più grande della sezione trasversale della sola trave, il momento di inerzia risulta più elevato, con conseguente incremento della resistenza a flessione. Queste considerazioni permettono una progettazione più snella degli elementi strutturali. Pertanto i principali vantaggi legati alla progettazione di una trave composta sono legati al fatto che, considerando una sezione composta, si riscontra un risparmio di materiale e di spazio. Nelle costruzioni moderne, la lamiera grecata è usata come cassaforma per la soletta in calcestruzzo e come armatura per la struttura composta. La lamiera è utilizzata per limitare la quantità di puntellamenti della soletta durante la costruzione. pag 6 Soluzioni per strutture miste

7 1.4 Tipologie di connettori a taglio Pioli connettori saldati I pioli saldati sono i più comuni e tradizionali connettori a taglio. Generalmente i pioli mostrano un comportamento duttile e hanno una buona resistenza alle azioni di taglio orizzontali e al sollevamento verticale: al taglio orizzontale si oppone il gambo; il sollevamento verticale è impedito dalla testa. Quando si utilizza la lamiera grecata, può essere richiesto che i pioli siano saldati attraverso la lamiera oppure che la lamiera sia preforata e dotata di pioli presaldati. Problemi intrinseci inerenti la saldatura sono i seguenti: la saldatura richiede manodopera qualificata/esperta; i controlli di qualità possono essere ambigui, come ad esempio l ispezione visiva, il suono prodotto quando l elemento viene martellato, prova di flessione; attrezzatura richiesta in situ, con conseguente costo di mobilitazione e relativo sforzo; grande quantità di cavi elettrici che può portare a rischi di inciampo; la qualità della saldatura dipende ampiamente dalle condizioni superficiali della trave, cioè dell umidità, della polvere, ecc; le saldature su travi formate da profili saldati tra loro possono essere fragili e non efficaci; la saldatura diretta su travi in zinco galvanizzato può causare problemi di salute; la correzione può essere fatta dopo la saldatura su travi rivestite/verniciate; i cantieri con misure antincendio possono limitare la quantità di lavori ad alta temperatura, come la saldatura. Figura 8: Piolo saldato attraverso la lamiera grecata I connettori a taglio Hilti X-HVB Il connettore a taglio Hilti X-HVB ha forma a L ed è fissato sulla trave con due chiodi tramite un'inchiodatrice azionata con propulsori. L X-HVB è duttile, progettato per resistere a: sforzo di taglio longitudinale, mediante l allungamento del foro del chiodo; forze di sollevamento verticale, mediante la testa e i chiodi. È idoneo per la connessione tra solette in calcestruzzo e travi in acciaio con o senza lamiera in acciaio. Poiché il connettore X-HVB è posato mediante il sistema di fissaggio diretto Hilti, è una soluzione versatile da usare in situazioni in cui i pioli saldati non possono essere applicati o non sono efficaci. Il sistema X-HVB non richiede corrente elettrica, ha una procedura di controllo facile e riconosciuta e, al contrario della saldatura, non dipende dalle condizioni atmosferiche e non viola i luoghi di lavoro dove si prevedono misure antincendio. Il posizionamento degli X-HVB non è influenzato dai trattamenti della superficie delle travi. Figure 9: X-HVB Hilti installati su lamiera Le caratteristiche tipiche degli X-HVB sono: attrezzatura di installazione economica e semplice; qualità del fissaggio indipendente dalle condizioni atmosferiche; installazione veloce che consente una programmazione flessibile del lavoro in cantiere; i rivestimenti in zinco o l umidità non influenzano la qualità del fissaggio. Nei casi di ristrutturazione/ammodernamento dei vecchi edifici, ad esempio progetti di recupero edilizio, l X-HVB è fissato alle travi esistenti formate da profili saldati che vanno sugli appoggi delle solette appena gettate. Questo metodo è utilizzato nei sistemi di pavimentazione sopraelevata a scopo di recupero, sottoposti a carichi statici. I principali vantaggi della tecnica di recupero sono: l incremento della resistenza a flessione; diminuzione della deformabilità/inflessione. E quindi l adeguamento delle strutture ai requisiti di calcolo e di utilizzo. Soluzioni per strutture miste pag 7

8 2. Sistema Hilti X-HVB 2.1 Introduzione ai connettori X-HVB Il sistema X-HVB è un efficace ed efficiente soluzione per connessioni a taglio sicure. La tecnologia del fissaggio diretto rende questo connettore a taglio facile da installare, poiché può essere fissato in modo sicuro e affidabile da manodopera non specializzata. I connettori a taglio X-HVB sono fissati al materiale base in acciaio, generalmente alla parte superiore della trave in acciaio, mediante gli attrezzi Hilti DX76 o DX76 PTR, completi di appositi accessori. L energia necessaria per fissare i chiodi è ottenuta dalla cartucce a carica propulsiva. Poiché non è richiesta alcuna saldatura, il sistema X-HVB può essere impiegato pressoché in ogni condizione di cantiere. Inoltre, la garanzia della qualità del fissaggio è assicurata da una procedura di controllo facile e riconosciuta. Figure 10: connettore X-HVB con due chiodi X-ENP 21 HVB Il sistema è composto dai seguenti articoli: Connettore a taglio Hilti (figura 10) connettore a taglio X-HVB, disponibile in una vasta gamma di altezze; due chiodi X-ENP-21 HVB per ogni connettore X-HVB; Attrezzi di fissaggio e dotazioni: attrezzo DX 76 o DX 76 PTR (figura 11); guide chiodo X-76-F-HVB o X-76-F-HVB-PTR; pistone X-76-P-HVB o X-76-P-HVB-PTR; cartucce 6.8/18M, nere o rosse (figura 12). Figura 11: attrezzo DX 76 PTR Hilti per fissaggio degli X-HVB 2.2. Certificazioni/approvazioni Figura 12: cartucce rosse e nere Sono disponibili diverse certificazioni per il sistema X-HVB (tabella 1), conformi alla EN La certificazione tedesca DIBt Z si indirizza sulla progettazione antifuoco come da EN e la normativa francese Socotec PX 0091/8 prescrive in particolare l uso degli X-HVB a scopo di recupero edilizio. Le certificazioni sono soggette a continui cambiamenti, legati agli sviluppi di codice, aggiornamenti del portfolio di prodotti e di nuovi risultati nel campo della ricerca. Le certificazioni vigenti posso essere scaricate dal sito Hilti o dai siti dei maggiori organi di certificazione. Socotec PX 0091/7 per nuove costruzioni Socotec PX 0091/8 per ristrutturazione DIBt Z TZUS Rom.Ministry_AT / Francia Francia Germania Repubblica Ceca Romania Tabella 1: Lista delle certificazioni pag 8 Soluzioni per strutture miste

9 2.3 Connettore a taglio Hilti e chiodi X-ENP-21 HVB Il connettore a taglio ha forma ad L, in acciaio lavorato a freddo, si compone di una testa, un gambo di angoraggio e una base per il fissaggio. Il gambo viene annegato nel calcestruzzo, mentre la base è fissata alla trave in acciaio con due chiodi X-ENP-21 HVB (figura 13). Sono disponibili connettori a taglio con 6 diverse altezze del gambo di ancoraggio da scegliere a seconda della lamiera grecata e della configurazione della soletta utilizzate (geometria dettagliata in figura 14): Designation Codice articolo X-HVB X-HVB X-HVB X-HVB X-HVB X-HVB Ogni connettore è fissato con due chiodi: X-ENP-21 HVB Tabella 2: Designazione e rispetto codice articolo degli X-HVB Figura 13: Connessione a taglio in struttura mista Nota: il numero che segue il codice X-HVB indica approssimativamente l altezza del connettore a taglio in millimetri. Nota: il connettore Hilti x-hvb 50 è utilizzato specificatamente per solette sottili senza lamiera in acciaio in progetti di recupero edilizio. X-HVB 140 X-HVB 125 X-HVB 110 X-HVB 95 X-HVB 80 X-HVB 50 Figure 14: geometria degli X-HVB in dettaglio Soluzioni per strutture miste pag 9

10 2.4 Caratteristiche dei materiali Connettore X-HVB Acciaio al carbonio R m = N/mm 2 Rivestimento in zinco 3 μm Chiodi X-ENP-21 HVB Figura 15: Spessore minimo del materiale di base dell acciaio Gambo in acciaio al carbonio Rivestimento in zinco 2.5 Requisiti di applicazione HRC μm spessore del materiale di base in acciaio (ala della trave) 8mm (figura 15) spessore del materiale fissato (lamiera grecata) 1.25mm (figura 16) Si prega di far riferimento alle certificazioni DIBt e Socotec per informazioni più dettagliate sugli spessori della lamiera e sulle sovrapposizioni. I dettagli sul posizionamento, interassi e distanze dai bordi sono contenuti nel Capitolo 5: posizionamento, interassi e distanze dai bordi dei connettori X-HVB Figura 16: Spessore minimo della lamiera Figura 17: DX 76 per l installazione dei connettori X-HVB 2.6 Attrezzatura Gli attrezzi usati per fissare i chiodi nel acciaio sono DX76 e DX76 PTR. La figura 17 mostra l attrezzo DX 76 da utilizzare per l installazione degli X-HVB. Attrezzo Dotazioni Nome Codice articolo DX 76 Tool DX 76 MX DX 76 Piston X-76-P-HVB DX 76 Fastener guide X-76-F-HVB DX 76 PTR Tool DX 76 PTR DX 76 PTR Piston X-76-P-HVB-PTR DX 76 PTR Fastener guide X-76-F-HVB-PTR Tabella 3: componenti e attrezzi per i fissaggi di connettori X-HVB Figura 19: attrezzo DX76 Figura 22: attrezzo DX 76 PTR Figura 20: pistone per DX76 Figura 23: piston per DX 76 PTR Figura 18: Limiti applicativi Figura 21: guida di fissaggio per DX76 Figura 24: guida di fissaggio per DX 76 PTR pag 10 Soluzioni per strutture miste

11 2.7 Cartucce Gli attrezzi DX76 e DX76 PTR utilizzano cartucce 6.8/18M a propulsione nere o rosse, le cui confezioni contengono 10 unità per ogni striscia. La scelta della cartuccia dipende dalla resistenza e dallo spessore della trave in acciaio (Figura 25). Negli interventi di recupero edilizio, può essere utilizzata la cartuccia blu. Si prega di fare riferimento alla norma francese Socotec PX 0091/8 per maggiori dettagli. Precisi accorgimenti sull utilizzo delle cartucce possono essere fatti sulla base di prove in situ. Se una volta fissato il distanziatore del chiodo scende per una profondità compresa tra 8,2 mm e 9,8 mm, la cartuccia è adeguata al materiale di base. Tabella 4 fornisce informazioni relative alle cartucce rilevanti per i fissaggi X-HVB Dimensione Colore Potenza Codice articolo 6.8/18 M10 STD Red Medium high /18 M10 STD Black Extra high /18 M10 STD Blue Medium /18 M10 Red Medium high /18 M10 Black Extra high /18 M10 Blue Medium Tabella 4: cartucce per il fissaggio di connettori X-HVB Spessore materiale base Tipo acciaio (resistenza) Figura 25: Pre-selezione della cartuccia e delle impostazioni di potenza 2.8 Garanzia della qualità del fissaggio Verifica del fissaggio: Il primo modo per valutare la qualità del fissaggio alla trave è di controllare visivamente il distanziatore del chiodo (figura 26). Il controllo visivo della rondella e del distanziatore del chiodo, hnvs, fornisce indicazioni sulla regolazione della potenza dell attrezzo utilizzato (tabella 5). Aspetto visivo Distanziatore del chiodo, h NVS [mm] Misure correttive Lamiera in ferro Struttura in acciaio Figura 26: Chiodo X-ENP 21 HVB fissato su acciaio Danni visibili sulla rondella La rondella è compressa correttamente h NVS < < h NVS < 9.8 Ridurre il livello di potenza o utilizzare un propulsore meno potente Corretta cartuccia; corretta potenza Visibile distanza tra la parte superiore e la parte inferiore della rondella h NVS > 9.8 Aumentare Potenza dell attrezzo o usare un propulsore più potente Tabella 5: Controlli sul fissaggio e sul distanziatore del chiodo Soluzioni per strutture miste pag 11

12 3. Applicazioni e proposte di valore 3.1 Benefici del sistema in interventi di nuova costruzione è compatibile con i luoghi di lavori con misure di sicurezza antincendio; metodo di controllo facile e approvato; evita il pre-punzonamento della lamiera grecata che consente luci più ampie e meno puntellamento; può essere installato su travi rivestite o dipinte senza nessuna ulteriore lavorazione; non richiedendo l'utilizzo di saldatrici e generatori, non ci sono problemi di movimentazioni di attrezzature e di trasporto in cantiere; la qualità dell installazione non dipende dalle condizioni in situ, come ad esempio condizioni di umidità, presenza di ruggine sulla superficie, ecc. Perciò il sistema X-HVB è una soluzione ottimale per cantieri: dove la maggior parte dei pioli è stata pre-saldata su travi principali in officina (condizioni ideali di saldatura) e si richiede di installare una parte dei connettori a taglio in cantiere tramite sistema di fissaggio diretto su travi secondarie; quando ci sono sfavorevoli condizioni di trasporto e accesso limitato da parte delle gru; in zone lontane. 3.2 Benefici del sistema in interventi di recupero edilizio I benefici che si hanno nel caso di progetti di nuova costruzione sono validi anche nel caso di interventi di recupero edilizio. Inoltre i benefici del sistema sono particolarmente evidenti per lavori di recupero edilizio nei casi in cui: si debba creare una soletta ridotta (poco spessa). In questo caso il conettore da 50mm è la soluzione ottimale, fissato direttamente sulle travi, senza uso di lamiera grecata (Figura 27); le travi originali siano in ferro battuto o con presenza di ghisa all'interno. In questi casi la saldatura non è efficace. Figura 27: Solaio da rinforzare con un sottile strato di calcestruzzo pag 12 Soluzioni per strutture miste

13 4. Progettazione di connettori a taglio secondo EC4 4.1 Analisi carico/spostamento dei connettori X-HVB (requisiti di duttilità) Secondo il punto della EN , un connettore a taglio può essere considerato duttile se la sua capacità di scorrimento δ_uk è pari almeno a 6 mm. La duttilità della connessione a taglio è misurata mediante prove di carico come stabilito dalle linee guide della sezione B2 della EN Il connettore X-HVB è testato con una configurazione simile allo schema indicato nella figura 28. Figura 28: Schema per prove di carico in accordo con EN Figura 29: prova di carico sugli X-HVB Figura 30: Esempi di diagrammi carico-spostamento ottenuti dalle prove di pushout Soluzioni per strutture miste pag 13

14 I risultati delle prove hanno mostrato che i connettori Hilti sono duttili e raggiungono i requisiti stabiliti dall Eurocodice 4 per le connessioni con proprietà plastiche. pag 14 Section 2.5. Application requirements Le caratteristiche duttili e portanti del connettore sono garantite dalle disposizioni progettuali, come indicato nei seguenti paragrafi: Section 4.5. Shear resistance of X-HVB as per DFTM (Table 8) punto 2.5. Requisiti di applicazione; Section 5. X-HVB positioning, spacing punto 4.5. and Resistenza edge distances a taglio dei connettori X-HVB come da DFTM (tabella 8); punto 5. Posizionamento, interassi e distanze dai bordi degli X-HVB. When plastic stress distribution is considered in the sections, Eurocode 4 Nel caso di analisi plastica delle sezioni, l Eurocodice 4 stabilisce che si deve avere allows considerations of partial shear connection una connessione limited parziale to 0.4. a The taglio degree almeno of di 0,4. Il grado di connessione a taglio è shear connection is given by: dato da: η= N c N c,f Where Dove N c is the resistance of the Nshear c è la resistenza connection. della connessione a taglio; N c,f è il valore di progetto dello sforzo normale di compressione del calcestruzzo, N c,f is the design value of the compressive normal force in the considerando la connessione a taglio completa. concrete flange with full shear connection. 4.2 Copriferro 4.2. Concrete cover Il paragrafo della EN distingue gli elementi con rischio di corrosione e quelli non esposti a fenomeni di corrosione. EN , section , identifies La elements tabella 4.4 with della risk EN of corrosion prescrive and che nel caso in cui sia richiesto il elements which are not exposed to corrosion. copriferro (classe di esposizione individuata all interno del punto della EN ), il suo spessore nominale: può essere 5 mm in meno rispetto ai valori indicati nella tabella 4.4 della EN ; EN , table 4.4, prescribes that if concrete non minore cover di 20 is mm. required (exposure class as identified in EN section ), the nominal concrete cover Nel caso in cui non sia richiesto il copriferro, la norma prevede che la testa del can be 5mm less than the values in EN , table 4.4. connettore possa essere a livello della parte superiore della soletta. not less than 20 mm. La tabella 6 indica la corrispondenza tra lo spessore della soletta e il connettore X-HVB. Per maggiori dettagli, si prega di far riferimento alle certificazioni Socotec e DIBt. If no concrete cover is required, the code allows for the top of the connector to be flushed with the top of the concrete slab. Spessore totale soletta, h [mm] Connettore Senza rischio di Table 6 recommends the total slab thicknesses corresponding with different X- Rischio di corrosione corrosione HVBs. For more details, please refer to relevant Socotec and DIBt approvals. X-HVB 80 80*/ X-HVB Total slab thickness, [mm] X-HVB 110 Connector No risk of Risk of X-HVB 125 corrosion corrosion X-HVB 80 X-HVB */ X-HVB X-HVB 110 Tabella 6: valori raccomandati di spessore di soletta, secondo norme Socotec e DIBt *raccomandazioni solo da DIBt. X-HVB X-HVB Table 6: Reccomended total slab thickness, Socotec and DIBt *DIBt recommendation only. Soluzioni per strutture miste

15 4.3 Distribuzione dei connettori sulle travi Campo elastico Se si considera la trave a comportamento elastico, i connettori sono collocati lungo la trave secondo la distribuzione degli sforzi di taglio, ovvero in prossimità degli appoggi o dei carichi concentrati, dove si hanno valori più elevati di sollecitazioni taglio, la spaziatura tra i connettori è ridotta. Tale distribuzione garantisce che ad ogni connettore corrisponda la stessa quantità di sforzo di taglio della trave. (Figura 31) Figura 31: distribuzione a gradini dei connettori a taglio Campo plastico Nel caso in cui le travi siano progettate agli stati limite ultimi e sostengano carichi uniformi, i connettori a taglio sono distanziati e distribuiti in maniera uniforme lungo la trave, poiché lo sforzo di taglio si ripartisce sui connettori. Il connettore a taglio usato deve adempiere ai requisiti di duttilità stabiliti dall Eurocodice 4. Si veda il punto 4.1 Analisi carico/spostamento dei connettori X-HVB (requisiti di duttilità) 4.4 Sforzo di taglio tra soletta in calcestruzzo e ala superiore della trave in acciaio I connettori a taglio sono progettati per resistere a sforzi di taglio longitudinali (come da distribuzione delle sollecitazioni nelle sezioni trasversali) nel piano orizzontale tra la soletta in calcestruzzo e la flangia superiore delle travi in acciaio. Vengono visualizzate nella figura 31 le distribuzioni delle sollecitazioni plastiche caratteristiche. Figura 32: distribuzioni delle sollecitazioni plastiche per momenti flettenti negativi e positivi In una connessione a taglio completa, la resistenza a taglio totale dei connettori deve essere uguale o maggiore della sollecitazione a taglio longitudinale di progetto della trave calcolata agli stati limite ultimi. Di conseguenza in una connessione a taglio completa, il numero dei connettori a taglio è determinato dalla seguente formula: Sollecitazione di taglio longitudinale della trave (SLU) Resistenza a taglio del singolo connettore Soluzioni per strutture miste pag 15

16 4.5 Resistenza a taglio dei connettori X-HVB come da DFTM (Manuale di Tecnologia di Fissaggio Diretto) La capacità portante degli X-HVB, ovvero la resistenza a taglio, in una soletta in calcestruzzo è il risultato combinato de: l'allungamento dei fori della base di fissaggio del connettore; la deformazione locale del materiale base e flessione dei chiodi; la flessione del connettore X-HVB; la deformazione locale del calcestruzzo nella zona di contatto con il connettore. X-HVB La resistenza a taglio in solette senza lamiera grecata La resistenza a taglio degli X-HVB è calcolata facendo riferimento alle indicazioni contenute nel manuale di tecnologia del fissaggio diretto e sulla base della EN Per le solette senza lamiera, i valori di resistenza a taglio degli X-HVB sono i For slabs without seguenti: steel decking, the shear resistance of X-HVB shear connector are as follows (Table 7). Resistenza caratteristica a taglio Resistenza di Taglio orizzontale ammissibile 3) Nome Characteristic Allowable progetto a taglio 2) X-HVB shear 50 Design 23 knshear horizontal 18 kn N. A. Nominal resistance X-HVB 80 1) resiscante 28 kn 2) shear 3) 23 kn 14 kn X-HVB kn 18 kn N. A. X-HVB 95 X-HVB kn 35 kn 23 kn 28 kn 14 kn 17.5 kn X-HVB 95 X-HVB kn 3528 kn kn 17.5 kn 28 kn 17.5 kn X-HVB 110 X-HVB kn 3528 kn kn 17.5 kn 28 kn 17.5 kn X-HVB kn 28 kn 17.5 kn X-HVB kn 28 kn X-HVB kn 28 kn 17.5 kn 17.5 kn Table Tabella 7: Design 7: Resistenza shear resistance a taglio of di X-HVB progetto degli X-HVB 1) 1) As defined in EN Come (Nominal definite nella strength EN in AISC-LRFD) (resistenza nominale nelle AISC-LRFD) 2) 2) As defined in EN Come definite nella EN ) 3) Taglio ammissibile nella AISC-ASD Allowable shear in AISC-ASD Resistenza a taglio degli X-HVB in solette con lamiera grecata Shear resistance Quando è of presente X-HVB la in lamiera slab with collaborante steel decking in acciaio, la resistenza a taglio degli X-HVB è calcolata moltiplicando la resistenza a taglio senza lamiera grecata con dei coefficienti di riduzione che dipendono dall orientamento e dalla geometria della When profile steel decking is present, the shear resistance of the X-HVB is lamiera. calculated by multiplying the shear resistance without steel decking with reduction factors that Lamiera are dependent grecata con gole decking parallele orientation alla trave and profile - La resistenza di progetto a taglio geometry. di ogni connettore X-HVB è pari alla resistenza di progetto a taglio presente nella tabella 5 moltiplicata per i coefficienti di riduzione kp o kl, ( 1) dove: Steel decking with ribs parallel to supporting beam Design shear resistance of each X-HVB Si prega is di design far riferimento shear resistance alla figura in Table 33 per 5 multiplied le geometrie by dei profili. reduction factor k p, where Figure 32: Steel decking profile geometries Figura 33: Geometrie delle lamiere grecate k p = 1,for 0,6 b o h p h sc -h p h p, for Please refer to Figure 32 for profile geometries. b o 1,8 h p b o <1,8 h p pag 16 Steel decking with ribs transverse to supporting beam When the ribs are transverse to the supporting beam, the shear resistance of each X-HVB is influenced by reduction factor,. Soluzioni per strutture miste

17 Lamiera grecata con gole trasversali alla trave quando le gole sono trasversali alla trave, la resistenza di taglio di ogni connettore è legata al coefficiente di riduzione, k t. k t = 0,7 n r b o h p h sc -h p h p 1 dove, b o è l ampiezza del profilo della lamiera grecata; h he steel decking p è l altezza della lamiera grecata; profile h sc è l altezza del connettore X-HVB; the steel decking n r è il numero profile di X-HVB per gola, 2 anche quando sono installati più connettori in the X-HVB una gola. of X-HVBs per rib, 2 even when more X-HVB are installed Scelta del connettore in relazione alle caratteristiche della lamiera grecata L altezza massima ammissibile della lamiera grecata è mostrata nella seguente tabella: n with regard to the profile deck Massima altezza lamiera, h wable steel decking height is as per Table 6 shown below. p (mm) Nome b Maximum decking height, 0 / h p 1,8 h p b 0 / h p < 1,8 X-HVB (mm) signation X-HVB b 95 0 h p 1,8 b 0 h69 p <1,8 57 HVB 80 X-HVB HVB 95 X-HVB HVB 110 X-HVB HVB HVB 140 Tabella 8: Altezza 80 massima delle 80 lamiere in accordo con DFTM 8: Maximum decking heights, according to DFTM Nota: il connettore X-HVB 50 non è utilizzato con lamiere grecate not to be used with profiled steel decking. ting welded shear studs with X-HVB in of headed studs in slabs without steel decking EN states that the design resistance of a headed welded to a steel beam, should be the lesser value of: P Rd = 0,8f uπd 2 /4 γ V P Rd = 0,29 d2 γ V f ck E cm h sc d 4 fety factor (Recommended value = 1.25) f the stud shank. Soluzioni per strutture miste pag 17

18 Table 8: Maximum decking heights, according to DFTM Note: X-HVB 50 is not to be used with profiled steel decking. Il sistema Hilti X-HVB Note: X-HVB 50 is not to be used with profiled steel decking Substituting welded shear studs with X-HVB in 4.6. Substituting welded shear studs with X-HVB in design 4.6. Sostituzione dei pioli saldati con i connettori X-HVB nella design fase di progettazione 25 Shear resistance of headed Resistenza studs in slabs a taglio without dei pioli steel con testa decking solette senza lamiera grecata Shear resistance of headed studs in slabs without steel decking Il punto della EN afferma che la resistenza di progetto di un piolo Section of EN states that the design resistance of a headed con testa saldato sulla trave deve essere il valore minore tra: stud, automatically welded to Section a steel beam, should of EN be the lesser states value that of: the design resistance of a headed stud, automatically P Rd = 0,8f uπd 2 welded to a steel beam, should be the lesser value of: /4 γ V P Rd = 0,8f uπd 2 /4 γ P Rd = 0,29 d2 f ck E V cm γ V P Rd = 0,29 d2 f ck E cm γ Where, V dove: α=0,2 h sc +1 for 3 h Where, d sc d 4 α=0,2 h sc α=1 for h sc d >4 +1 for 3 h d sc d 4 γ V is the partial safety factor (Recommended α=1 for h sc d >4 value = 1.25) γ f u d is the diameter specified of ultimate the stud tensile γshank. V is the partial safety factor (Recommended value = 1.25) v è coefficiente strength of parziale the stud di material sicurezza but (valore not consigliato greater = 1.25); than 500N/mm 2. d è is il the diametro diameter del gambo of the del stud piolo: shank. f u è il carico di rotttura del materiale del piolo non maggiore di 500 N/mm 2 ; h sc is the overall nominal height of the stud. h sc è l altezza complessiva del piolo. Shear resistance of welded studs in slab with profiled steel decking Resistenza a taglio dei pioli saldati in solette con lamiera grecata When profiled steel decking is used, the shear resistance of the welded stud is Quando è presente la lamiera collaborante, la resistenza a taglio del piolo saldato è calculated by multiplying the calcolato shear moltiplicando resistance la without resistenza steel a taglio decking senza with lamiera con coefficienti di reduction factors that are dependent riduzione dipendenti on decking dall orientamento orientation e and dal profilo profiles. della lamiera grecata. Questi coefficienti possono ridurre il valore della resistenza a taglio in maniera These reduction factors may significantly reduce shear resistance. significativa. Steel decking with ribs parallel Lamiera to supporting con gole parallele beam - alla the trave reduction il fattore factor di riduzione is è: is: Where, h sc h p +75mm k l =0,6 b o h p h sc h p -1 dove, h sc h p +75 mm 1 Steel decking with ribs transverse to supporting beam - The values of reduction factor, are governed by Table 6 (Table 6.2 of EC4) and the following equation: k t = 0,7 n r b o h p h sc h p -1 1 Where, n r is the number of welded studs per rib, not exceeding 2. Number of stud Thickness Sheet with holes exceeding Profiled sheeting with pag 18 connectors per rib of sheet (mm) 20mm in diameter and welded through profiled steel sheeting holes and studs 19mm or 22 mm in diameter Soluzioni per strutture miste 1,0 0,85 0,75

19 th ribs transverse Lamiera grecata to supporting kcon t = 0,7 b o h sc -h p gole trasversali beam - 1 n The alla trave values - I valori of del coefficiente di r h p h p riduzione kt sono stabiliti dalla tabella 6 (tabella 6.2 dell EC4) e dalla seguente are governed by Table 6 (Table 6.2 of EC4) and the formula: : ere, is the width kof t = 0,7 the b steel o h sc decking -1 1 profile n r h p h p is the height of the steel decking profile is the height dove, of the X-HVB f welded studs n r è il per numero rib, not dei exceeding pioli saldati 2. per gola, non superiore a 2 is the number of X-HVBs per rib, 2 even when more X-HVB are installed rib. Numero di Spessore t Lamiera con fori di Lamiera con fori di kness Sheet pioli with holes exceeding della Profiled diametro sheeting superiore with a diametro stener sheet selection 20mm connettori in diameter with regard and lamiera welded to the profile holes 20mm and deck studs e saldati 19mm or sulla compresi tra 19 e per gola (mm) lamiera grecata 22 mm e mm) maximum through allowable profiled steel sheeting decking height 22 mm is as in diameter per Table 6 shown below. 1,0 0, , n r = 1 Maximum decking height, h p 1,0 1, ,75 (mm) ,0 0,7 0,6 1,0 Designation 1.0 n r = 2 0,8 b h p 1,8 0,6 b 0 h p <1,8 per limits for X-HVB the reduction 80 factor (Table of EC4) X-HVB Tabella 9: limiti superiori dei coefficienti di riduzione (Table 6.2 of EC4) e applicable X-HVB design 110 values between 75 X-HVBs and 66 headed the heads Confrontando studs X-HVB clearly 125 i lose valori ground di progetto 80 to X-HVBs dei connettori when 75 X-HVB profile e dei pioli con testa, nel caso di soletta con lamiera collaborante, si osserva che i pioli perdono terreno as allowance X-HVB must 140 be made for 80 a reduction in 80 loading rispetto agli X-HVB, poiché si verifica una riduzione della capacità portante quando rforated sheets Table vengono 8: are Maximum applicati used or dei decking when fori nella studs heights, lamiera are according welded o quando through to i pioli DFTM sono saldati attraverso la lamiera. te: X-HVB 50 is not to be used with profiled steel decking. Tuttavia utilizzando connettori a taglio a vite, non si verifica una perdita di capacità di carico. La tabella 12 mostra un esempio di confronto. 6. Substituting welded shear studs with X-HVB in P Rd [kn] sign Lamiera collaborante Tipologia di connettore a taglio calcestruzzo Lamiera grecata Soletta in Lamiera grecata con ear resistance of headed studs in slabs without steel decking pioli saldati attraverso forata viti Piolo con testa ction d=19 of EN mm 1) states that the design resistance of a headed d, automatically welded to a steel beam, should be the lesser value of: Connettore X-HVB 125 P Rd = 0,8f uπd 2 /4 1) γ dove α = 1, n r = 2, t 1 V Tabella 10: confronto tra i valori massimi di progetto per pioli con testa e connettori a taglio X-HVB fissati P Rd = 0,29 d2 f ck E cm mediante viti per calcestruzzo C/37 γ V ere, Confrontando i valori di progetto della resistenza a taglio del connettore X-HVB e del piolo saldato, risulta che si può determinare il numero di X-HVB richiesti per 0,2 h sc +1 sostituire for 3 h d sc d 4 i pioli mediante una semplice divisione delle rispettive resistenze a taglio 1 for h sc d longitudinale. >4 is the partial safety factor (Recommended value = 1.25) the diameter of the stud shank. Soluzioni per strutture miste pag 19

20 5. Posizionamento, interassi e distanze dai bordi degli X-HVB 5.1 Regole generali Non possibile Calcestruzzo Appoggio più vicino Forze di taglio Figura 34: Trasferimento di carico su strato calcestruzzo Il trasferimento del carico tra i connettori X-HVB e la soletta è realizzato da un puntone compresso in calcestruzzo, come illustrato in figura 33. Inoltre quando le lamiere hanno ristrette gole e/o rinforzi, l X-HVB dovrebbe essere posizionato sul lato favorevole della gola, che è generalmente quello più vicino all appoggio della trave, come nella figura 34 in modo da garantire un sufficiente trasferimento di carico. Posizionamento dell X-HVB rispetto alla trave: i connettori possono essere posizionati parallelamente o trasversalmente alla trave. Se possibile, è preferibile posizionare gli X-HVB in direzione parallela all asse della trave. Posizionamento dell X-HVB rispetto alla lamiera grecata: gli X-HVB possono essere posizionati in direzione parallela o trasversale alle gole della lamiera. Distanza minima dal bordo della trave: gli X-HVB possono essere posizionati in prossimità del bordo dell'ala della trave, se richiesto. 5.2 Soletta in calcestruzzo senza lamiera grecata Oltre alle regole citate precedentemente, gli X-HVB dovrebbero essere posizionati longitudinalmente, in direzione parallela alla trave, e uno di fronte all altro, come mostrato in figura 35 e 36. La distanza minima in direzione longitudinale tra i gambi di ancoraggio è 100 mm e la distanza tra i connettori a taglio è il valore minimo tra 4 volte lo spessore totale del calcestruzzo e 600 mm. Figura 35: piastra in calcestruzzo con un X-HVB per fila pag 20 Soluzioni per strutture miste

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