APPROCCIO AL PROGETTO STRUTTURALE

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1 Università degli Studi di Napoli Federico II Corso di Laurea in Scienze dell'architettura Laboratorio di Progettazione 1 A. A. 2012/2013 Docente: Prof. Arch. A. Picone lezione integrativa: APPROCCIO AL PROGETTO STRUTTURALE

2 Indice APPROCCIO AL PROGETTO STRUTTURALE Progettazione Strutturale: il metodo scientifico Concezione Strutturale Scelta del Sistema Costruttivo Strutture in Muratura Strutture in Cemento Armato Strutture in Acciaio Strutture in Legno

3 L Architettura e l Ingegneria Strutturale OBIETTIVI: L ARCHITETTURA ha come principale obiettivo il PROGETTO ovvero la CONCEZIONE dell edificio. L INGEGNERIA STRUTTURALE ha come principale obiettivo la VERIFICA e successiva INGEGNERIZZAZIONE (definizione dei dettagli) del sistema strutturale, che rispetti pre-assegnati requisiti (principalmente di sicurezza). ARCHITETTURA + INGEGNERIA STRUTTURALE: Se si raggiungere un buon livello di consapevolezza delle esigenze strutturali del progetto, si può operare la scelta del sistema strutturale ed un suo dimensionamento di massima già dalle prime fasi del progetto, senza dover richiedere l intervento dello strutturista quando il progetto è già ben definito e c è la possibilità che si verifichino incompatibilità. L obiettivo è quindi l INTEGRAZIONE tra esigenze architettoniche ed esigenze strutturali in fase di progetto.

4 L Architettura e l Ingegneria Strutturale ESEMPIO DI INTEGRAZIONE IN FASE DI PROGETTO: Santiago Calatrava Alamillo Bridge, Seville-Spagna, 1992 Tipologia strutturale: ponte strallato Cemento armato Requisiti strutturali Terreno scadente su una delle sponde Luce da attraversare pari a 200 m Requisiti architettonici Simbolo dell Expo 92 Viadotto di connessione tra Siviglia e Camas H/12 L/50 Acciaio R A R B << R A L=200m R B

5 Progettazione Strutturale: il metodo scientifico LE FASI OPERATIVE DEL METODO : Sistema Strutturale Valutazione dell esistente 1a Identificazione INput Problema strutturale 1b Concezione Progetto 2 Modellazione 3 Analisi NO 4 SI Verifica 5 Sintesi OUTput Realizzazione e Controllo (collaudo) Documentazione tecnica

6 Progettazione Strutturale LE FASI OPERATIVE DEL METODO : Valutazione dell esistente 1a Identificazione Sistema Strutturale INput Problema strutturale 1b Concezione Progetto DEFINIZIONI: Il sistema strutturale rappresenta la parte portante di una costruzione, ovvero l organismo a cui è relegata la funzione di assorbimento e trasferimento al terreno di fondazione delle azioni a cui è soggetto durante la sua vita di progetto. L identificazione è il processo conoscitivo attraverso il quale, mediante una appropriata metodologia d indagine, è possibile individuare il sistema strutturale di una costruzione esistente. 2 3 Modellazione Analisi La concezione è il processo attraverso il quale viene definito il sistema strutturale di una costruzione in fase di progetto. NO 4 SI Verifica 5 Sintesi OUTput Realizzazione e Controllo (collaudo) Documentazione tecnica Costruzione Parte portante e portata Sistema Strutturale Parte portante

7 Progettazione Strutturale LE FASI OPERATIVE DEL METODO : Valutazione dell esistente 1a Identificazione Sistema Strutturale INput Problema strutturale 1b Concezione Progetto DEFINIZIONI: La modellazione strutturale è il processo attraverso il quale il sistema strutturale viene schematizzato con un modello di tipo fisico-matematico, composto dai sub modelli: I. Modello geometrico: geometria del sistema strutturale definito attraverso la scelta di elementi e vincoli 2 Modellazione II. Modello meccanico: leggi costitutive dei materiali f strutturali usati, definiti da parametri f yd cd yu2 yd meccanici (resistenza e deformab.) yd yu1 c1 cu NO 3 4 Analisi Verifica III. Modello delle azioni: azioni che agiscono sul sistema strutturale durante la sua vita di Q progetto G SI 5 Sintesi OUTput Realizzazione e Controllo (collaudo) Documentazione tecnica Struttura Modello Strutturale

8 Progettazione Strutturale LE FASI OPERATIVE DEL METODO : Sistema Strutturale DEFINIZIONI: L analisi strutturale è il processo attraverso il quale viene calcolata la risposta del sistema strutturale in termini di : Valutazione dell esistente 1a Identificazione INput Problema strutturale 1b Concezione Progetto I. Stato di sollecitazione (S) II. Stato di deformazione (δ) 2 Modellazione (S) 3 Analisi NO 4 Verifica (δ) SI Modello Strutturale 5 Sintesi OUTput Realizzazione e Controllo (collaudo) Documentazione tecnica Risposta

9 Progettazione Strutturale LE FASI OPERATIVE DEL METODO : Valutazione dell esistente 1a Identificazione Sistema Strutturale INput Problema strutturale 1b Concezione Progetto La verifica strutturale è il processo attraverso il quale si verifica che la risposta del sistema strutturale (Capacità = C) è compatibile con determinati limiti prestazionali (Domanda = D). D C DEFINIZIONI: 2 3 Modellazione Analisi (S) S R in termini di Resistenza NO 4 SI Verifica (δ) lim in termini di. Deformabilità 5 Sintesi OUTput Realizzazione e Controllo (collaudo) Documentazione tecnica Risposta (Capacità) Verifica (confronto con Domanda)

10 Progettazione Strutturale LE FASI OPERATIVE DEL METODO : Valutazione dell esistente 1a Identificazione Sistema Strutturale NO INput Problema strutturale Analisi 1b Concezione Modellazione Verifica Progetto Per le nuove costruzioni (1b: progetto) la sintesi si traduce nell elaborazione del progetto esecutivo delle strutture che in conformità alle norme è costituito dai seguenti elaborati tecnici: Relazioni: Relazione di calcolo Relazione sui materiali Relazione specialistiche Grafici esecutivi : Disegni d insieme (pianta delle fondazioni e carpenterie) Dettagli costruttivi (armature per il c.a. e collegamenti per l acciaio) DEFINIZIONI: SI 5 Sintesi OUTput Realizzazione e Controllo (collaudo) Documentazione tecnica

11 Progettazione Strutturale: obiettivi della lezione LE FASI OPERATIVE DEL METODO : Sistema Strutturale Valutazione dell esistente 1a Identificazione INput Problema strutturale 1b Concezione Progetto 2 Modellazione 3 Analisi NO 4 SI Verifica 5 Sintesi OUTput Realizzazione e Controllo (collaudo) Documentazione tecnica

12 Concezione Strutturale DEFINIZIONE: La concezione è la fase fondamentale della progettazione strutturale in cui viene definito il sistema strutturale e deve essere integrata con la progettazione architettonica fin dalle prime fasi per evitare errori e incongruenze. Costruzione Sistema Strutturale

13 Concezione Strutturale CONCEZIONE STRUTTURALE SCOMPOSIZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE IN SOTTOSISTEMI Il sistema strutturale globale di un edificio è composto di sottosistemi o gruppi omogenei di elementi collegati tra loro tramite vincoli (interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza ai sottosistemi e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.) SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE SOLAI SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE CONTINUO PUNTUALE (STRUTTURE INTELAIATE) SOTTOSISTEMA PORTANTE DI FONDAZIONE FONDAZIONI

14 Concezione Strutturale DEFINIZIONE: La concezione si articola in diverse fasi: Scelta della tecnologia costruttiva (materiali da costruzione) Livello I: Tecnologico Scelta della tipologia strutturale (morfologia dello schema resistente) Livello II: Tipologico Scelta della dimensione degli elementi costituenti (predimensionamento) Livello III: Dimensionale

15 Concezione Strutturale LIV. I: SCELTA DELLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA: RENDIMENTO STRUTTURALE O GRADO DI EFFICIENZA G 1k L 0 L 0 f d f d resistenza di progetto [kn/m 2 ] peso specifico [kn/m 3 ] L 0 [m] rappresenta l altezza teorica che può raggiungere una torre realizzata con un preassegnato materiale prima che il suo peso la porti a rottura TECNOLOGIE COSTRUTTIVE 80 MURATURA 360 CEMENTO ARMATO 1800 LEGNO 3500 ACCIAIO

16 Concezione Strutturale LIV. I: SCELTA DELLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA: INCIDENZA DEL PESO DELLA STUTTURA SUL PESO TOTALE g/g acc ,5 Muratura Legno Acciaio Cemento Armato Incidenza (kn/m 2 ) Incidenza per unità di superficie del sistema strutturale (ad esclusione dei solai, ovvero del solo scheletro)

17 Strutture in Muratura INTRODUZIONE La muratura è la tecnica costruttiva più antica e diffusa (per quanto riguarda le costruzioni esistenti) e comprende tecniche assai diverse per tipo e forma dei materiali e per modalità costruttive.

18 Strutture in Muratura TECNICHE COSTRUTTIVE Una veloce panoramica delle tipologie di murature storiche rende evidente la varietà di sistemi costruttivi che si raccoglie sotto il termine muratura.

19 Strutture in Muratura TECNICHE COSTRUTTIVE Anche la muratura moderna comprende una certa varietà di tipologie: Muratura ordinaria: costituita dall assemblaggio dei singoli blocchi lapidei a secco o con malta. Muratura armata: caratterizzata dall alloggiamento di barre di acciaio disposte in direzione verticale ed orizzontale all interno dei fori degli elementi resistenti, in cui viene, successivamente, realizzato un riempimento in calcestruzzo. Le armature incrementano la resistenza del sistema murario. Muratura intelaiata: in cui la struttura viene confinata da cordoli in cemento armato orizzontali e verticali, ai fini di incrementare la duttilità e la resistenza dei materiali lapidei. MURATURA ORDINARIA MURATURA ARMATA MURATURA INTELAIATA

20 Strutture in Muratura TECNICHE COSTRUTTIVE Nella muratura il sottosistema portante orizzontale (i solai) tradizionalmente era in legno o con strutture ad arco o a volta, oggi è realizzato in cemento armato, in acciaio o in legno. (per le limitazioni sulla lunghezza fare riferimento alle tabelle per solai in c.a., acciaio e legno nelle sezioni dedicate ad ognuna delle tipologie) SOLAIO TRADIZIONALE IN LEGNO

21 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Il sistema costruttivo in muratura portante è principalmente basato sul sistema scatolare. L edificio in muratura portante deve essere concepito e realizzato come un assemblaggio tridimensionale di muri e solai, garantendo il funzionamento scatolare, e conferendo stabilità e robustezza all insieme. La distanza tra due muri consecutivi, per ognuna delle due direzioni principali, non deve essere superiore a 7 m (9 m per la muratura armata).

22 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Le murature devono essere efficacemente collegate tra loro e con i solai per assicurare il comportamento scatolare. I collegamenti tra le murature e i solai sono realizzati mediante cordoli continui in cemento armato lungo tutti i muri, all altezza dei solai si piano e di copertura. I collegamenti tra muri ortogonali tra loro sono realizzati tramite ammorsamenti (opportuna disposizione degli elementi) o incatenamenti metallici.

23 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano. PANNELLO DI FASCIA

24 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano. PANNELLO DI MASCHIO

25 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano. PANNELLO DI NODO

26 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano. PANNELLO DI FASCIA PANNELLO DI NODO FASCIA DI PIANO

27 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano. PANNELLO DI FASCIA PANNELLO DI MASCHIO PANNELLO DI NODO FASCIA DI PIANO

28 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Le murature devono rispettare degli spessori minimi per assicurare stabilità e resistenza, che variano a seconda della tipologia degli elementi costitutivi. muratura in elementi resistenti artificiali pieni muratura in elementi resistenti artificiali semipieni muratura in elementi resistenti artificiali forati muratura di pietra squadrata muratura di pietra listata muratura di pietra non squadrata 150 mm 200 mm 240 mm 240 mm 400 mm 500 mm

29 Strutture in Muratura CONCEZIONE STRUTTURALE Il sistema scatolare è basato su un modulo di base, che definisce uno spazio, chiuso su tutti i lati con murature continue. Nelle murature possono esserci aperture, ma di grandezza limitata (porte e finestre) e allineate tra loro. La possibilità di articolare gli spazi interni è condizionata dal reticolo murario portante che risulta vincolante, e invariante per edifici a più livelli. I sistemi di distribuzione si distinguono per una estrema semplicità geometrica riflettendo tale carattere anche nell immagine esterna.

30 Strutture a Telaio CONCEZIONE STRUTTURALE Il principio del telaio si basa due elementi: il piedritto e l architrave, ovvero il pilastro e la trave, che sono collegati tramite vincoli d incastro più o meno perfetto oppure cerniera. La ripetizione dei piedritti (pilastri) in verticale e degli architravi (travi) in orizzontale genera dei telai tridimensionali. VINCOLO CERNIERA VINCOLO INCASTRO

31 Strutture a Telaio TECNICHE COSTRUTTIVE Le strutture in Cemento Armato, in Acciaio e in Legno sono basate sul sistema strutturale a telaio.

32 Strutture in Cemento Armato

33 Strutture in Cemento Armato PRINCIPI DI BASE LA NASCITA DEL CEMENTO ARMATO L invenzione del cemento armato si basa sull idea di combinare la capacità del calcestruzzo di resistere agli sforzi di compressione con la capacità dell acciaio di assorbire gli sforzi di trazione. Ogni elemento strutturale in cemento armato viene realizzato inserendo dei tondini di acciaio nelle zone sottoposte a trazione, lasciando al calcestruzzo il compito di resistere alle tensioni di compressione. In realtà, nelle costruzioni in cemento armato, il ruolo svolto dall armatura metallica all interno del volume di calcestruzzo va ben oltre la semplice funzione di assorbire gli sforzi di trazione. La gabbia metallica, infatti, modifica sostanzialmente il comportamento meccanico del calcestruzzo, sia teso che compresso, e trasforma quindi di fatto il conglomerato cementizio in un nuovo materiale da costruzione: il cemento armato.

34 Strutture in Cemento Armato PRINCIPI DI BASE IL COMPORTAMENTO STRUTTURALE DEL CEMENTO ARMATO L accoppiamento dei due materiali (il calcestruzzo e l acciaio) dà luogo quindi ad un nuovo materiale da costruzione (il cemento armato) che non sarà più né calcestruzzo né acciaio, ma il cui comportamento, come tutti i materiali composti, sarà ovviamente condizionato dalle proprietà meccaniche dei due materiali componenti, nonché dal loro rapporto quantitativo. ARMATURA IN ACCIAIO (RINFORZO) + GETTO IN CLS (MATRICE) = CEMENTO ARMATO (COMPOSITO) I presupposti fondamentali affinché tale accoppiamento funzioni efficacemente sono: l uguaglianza dei coefficienti di dilatazione termica dei due materiali la perfetta aderenza tra i due materiali ( s = c )

35 Strutture in Cemento Armato PRINCIPI DI BASE PREROGATIVE DEL CEMENTO ARMATO I vantaggi derivanti dall uso del cemento armato come materiale strutturale sono molteplici: libertà di forma; ridotta manutenzione; basso costo dei materiali; impiego di manodopera non specializzata; resistenza nei confronti del fuoco; buon comportamento strutturale. Le principali criticità sono invece: peso elevato; lunghi tempi di esecuzione; elevato coefficiente di trasmissione termica; scarsa possibilità di recupero dei materiali.

36 Strutture in Cemento Armato CONCEZIONE STRUTTURALE SCOMPOSIZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE IN SOTTOSISTEMI Il sistema strutturale globale di un edificio è composto di sottosistemi o gruppi omogenei di elementi collegati tra loro tramite vincoli (interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza ai sottosistemi e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.) SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE SOLAIO TRAVI SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE PILASTRI SOTTOSISTEMA PORTANTE DI FONDAZIONE FONDAZIONI

37 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE IL SOLAIO Il solaio è quella parte del sottosistema portante orizzontale su cui agiscono direttamente i carichi permanenti e variabili legati alla funzione specifica dell impalcato. L 1,2 L 2 Soletta L 1,1 Sbalzo Travetto Rompitratta Travetto Foro Fascia piena

38 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO Tipologia strutturale a semplice via Travetti Sandwich (Travetti e Lastre) Soletta piena CLASSIFICAZIONE SOLAIO a doppia via cemento armato normale o precompresso Graticcio Soletta piena Soletta nervata Ordito semplice di elementi in c.a.p. Soletta nervata Latero-cementizi Tecnologia costruttiva misti latero-cementizi Gettati in opera Semiprefabbricati Prefabbricati Misti con blocchi diversi dal laterizio In polistirolo (con o senza lastre in c.a.p.) In materiale plastico

39 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE IL SOLAIO In base alla modalità di trasmissione degli sforzi prodotti dai carichi gravitazionali al sottosistema portante verticale, il sottosistema portante orizzontale può differenziarsi in: SISTEMA A SEMPLICE VIA SISTEMA A DOPPIA VIA Il peso proprio dell impalcato ed i carichi su di esso agenti vengono trasferiti al sottosistema portante verticale dagli elementi principali secondo un'unica direzione preferenziale Il peso proprio dell impalcato ed i carichi su di esso agenti vengono trasferiti al sottosistema portante verticale dagli elementi principali secondo due o più direzioni

40 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO SOLAIO LATERO-CEMENTIZIO GETTATO IN OPERA ARMATURE FASE DI GETTO

41 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO I TRAVETTI I travetti rappresentano le nervature del solaio, e permettono di poter considerare il solaio infinitamente rigido nel suo piano, come una piastra; hanno la funzione di centrifugare la sezione resistente del solaio dandole adeguata capacità portante e rigidezza L 1,2 L 2 Soletta L 1,1 Sbalzo Travetto Rompitratta Travetto Foro Fascia piena

42 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO I TRAVETTI

43 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO IL TRAVETTO ROMPITRATTA Il travetto rompitratta è un elemento monodimensionale inserito in mezzeria del solaio. Dove necessario il travetto rompitratta garantisce un parziale funzionamento a doppia via del solaio aumentando la funzione di ripartizione fornita dalla soletta. L 1,2 L 2 Soletta L 1,1 Sbalzo Travetto Rompitratta Travetto Foro Fascia piena

44 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO DISPOSIZIONE DEI TRAVETTI CONCEZIONE PER CARICHI VERTICALI Applicando il metodo di Grashof (metodo di analisi semplificato delle piastre) è possibile dimostrare che il carico applicato su una piastra viene assorbito in modo preponderante dalle strisce disposte sul lato corto poiché caratterizzate da maggiore rigidezza L 1 L 2 L 1 L 2 Si No Se si considerano anche i carichi orizzontali questo assunto potrebbe risultare non corretto, ma in genere il solaio viene ordito secondo il lato corto, talvolta si procede orientando il solaio a scacchiera, alternando l orientamento del solaio nei campi.

45 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO IL TRAVETTO ROMPITRATTA Pianta 14/20 Sezione longitudinale L 11 L 12 L S Eccessiva lunghezza dei travetti 2. Forti carichi concentrati 3. Irregolarità planimetrica L 2 L 11 5m Trave Rompitratta

46 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO IL TRAVETTO ROMPITRATTA Pianta 14/20 Sezione longitudinale L 11 L 12 L S 4 14 Eccessiva lunghezza dei travetti Irregolarità planimetrica

47 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO LA SOLETTA La soletta completa la sezione resistente del solaio al suo estradosso, contribuisce alla ripartizione delle azioni verticali puntuali (forze concentrate) evitando la rottura dei laterizi (punzonamento). In zona simica crea nel solaio un diaframma rigido necessario alla trasmissione delle azioni orizzontali a tutti gli elementi sismoresistenti del sottosistema portante verticale. Soletta L 11 L 12 L 2 Sbalzo Travetto Rompitratta Travetto Foro Fascia piena

48 200 l 300 cm Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO Sezione trasversale Armatura trasversale o di ripartizione s h s LA SOLETTA h s s i b i TIPOLOGIA DI ARMATURA b 1) Rete realizzata in cantiere Maglia 8/30 2) Rete elettrosaldata 225 l 400 cm

49 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE LE TRAVI I carichi che gravano sull impalcato vengono trasferiti al sottosistema portante verticale tramite le travi. Le travi su cui gravano direttamente i carichi del solaio sono le travi principali. Le travi nella direzione ortogonale sono le travi secondarie. Trave principale Trave secondaria

50 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE I PILASTRI I carichi che gravano sull impalcato vengono trasferiti tramite il sottosistema portante orizzontale al sottosistema portante verticale: i pilastri, e poi infine alle fondazioni e al terreno.

51 Strutture in Cemento Armato CONCEZIONE STRUTTURALE Scelte la tecnologia e la tipologia strutturale, attraverso il predimensionamento si assegna agli elementi una dimensione di primo tentativo. Ci aiutano in questo i rapporti di forma, che esprimono la relazione che esiste tra l altezza dell elemento e la sua lunghezza. Tale rapporto, se non prescritto direttamente dalla norma, è generalmente desunto dall esperienza e/o dall analisi statistica di strutture già esistenti. (ANALOGIA STRUTTURALE) L 1 PREDIMENSIONAMENTO L 2 H

52 Strutture in Cemento Armato ABACHI DI PREDIMENSIONAMENTO

53 Strutture in Cemento Armato IL SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE: I PILASTRI PREDIMENSIONAMENTO ANALOGIA STRUTTURALE Fissata la destinazione d uso dell edificio e la sua maglia strutturale, le dimensioni dei pilastri aumentano all aumentare del numero di piani. h b n p h(m) b=0.30m h sis (m) b=0.40m Per altezze maggiori ad 8 piani occorre incrementare anche la larghezza b ogni 2 piani di 5 cm in zona non sismica e 10 cm in zona sismica

54 Strutture in Cemento Armato CONCEZIONE STRUTTURALE Il sistema a telaio con struttura in Cemento Armato è una tipologia costruttiva molto versatile. Grazie alla possibilità di gettare in opera e alla possibilità di costruire casseforme di vari tipi, c è molta libertà di forma. Per evitare travi troppo ingombranti, la maglia strutturale dei pilastri non dovrebbe superare luci di 7-8 metri, ma mediamente sono intorno a 4-5 m, i pilastri devono essere disposti in modo regolare, secondo una griglia modulare e hanno delle dimensioni minime di 30x40 cm. In questo caso, diversamente dalla muratura, oltre alla griglia strutturale non ci sono vincoli. M

55 Strutture in Acciaio

56 Strutture in Acciaio DIFFERENZE TRA STRUTTURA A TELAIO IN C.A. E IN ACCIAIO 20 cm 4 cm Solaio laterocementizio Solaio in lamiera grecata e soletta collaborante CERNIERA La principale differenza di natura tecnologica è legata al processo costruttivo: la struttura in c.a. nasce come monolitica, perché il getto di calcestruzzo viene fatto tutto nello stesso momento e trave e pilastro sono continui e legati da vincolo incastro, la struttura in acciaio nasce per assemblaggio di elementi singoli, tramite saldatura (vincolo incastro) o bullonatura (vincolo cerniera ). INCASTRO

57 Strutture in Acciaio PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI Se la struttura in acciaio è saldata, costituisce un telaio a nodi rigidi. Se la struttura in acciaio è bullonata, per dare stabilità all intero edificio devono essere inseriti dei sistemi di controventi, che possono essere di diverse tipologie e insieme alla configurazione geometrica cambia anche il loro comportamento strutturale. INCASTRO CERNIERA TELAIO A NODI RIGIDI CONTROVENTI CONCENTRICI CONTROVENTI ECCENTRICI

58 Strutture in Acciaio PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI TELAIO A NODI RIGIDI

59 Strutture in Acciaio PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI TELAIO CON CONTROVENTI CONCENTRICI

60 Strutture in Acciaio PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI TELAIO CON CONTROVENTI CONCENTRICI

61 Strutture in Acciaio PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI TELAIO CON CONTROVENTI ECCENTRICI

62 Strutture in Acciaio CONCEZIONE STRUTTURALE SCOMPOSIZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE IN SOTTOSISTEMI Il sistema strutturale globale di un edificio è composto di sottosistemi o gruppi omogenei di elementi collegati tra loro tramite vincoli (interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza ai sottosistemi e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.) SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE SOLAIO TRAVI SECONDARIE TRAVI PRINCIPALI SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE PILASTRI SOTTOSISTEMA PORTANTE DI FONDAZIONE FONDAZIONI

63 Strutture in Acciaio IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE IL SOLAIO Il solaio è quella parte del sottosistema portante orizzontale su cui agiscono direttamente i carichi permanenti e variabili legati alla funzione specifica dell impalcato. Per quanto riguarda l orditura del solaio valgono le stesse considerazioni fatte per il solaio in c.a.

64 Strutture in Acciaio IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE IL SOLAIO

65 Strutture in Acciaio IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE IL SOLAIO

66 Strutture in Acciaio IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE LE TRAVI I carichi che gravano sull impalcato vengono trasferiti al sottosistema portante verticale tramite le travi. Le travi su cui appoggia direttamente il solaio in lamiera gracata sono le travi secondarie che servono a ridurre la luce massima coperta dal solaio, che non può superare i 2-3 metri. Le travi su cui appoggiano le travi secondarie e che sono nella direzione ortogonale sono le travi principali. Trave secondaria Trave principale Travi a parete piena o alleggerite HEA IPE Alveolate Le caratteristiche geometriche delle sezioni in commercio si trovano nei sagomari. (in appendice al libro Strutture di Shodeck)

67 Strutture in Acciaio IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE I PILASTRI I carichi che gravano sull impalcato vengono trasferiti tramite il sottosistema portante orizzontale al sottosistema portante verticale: i pilastri, e poi infine alle fondazioni e al terreno. Pilastri HE,HD A croce austriaca OHS RHS

68 Strutture in Acciaio ABACHI DI PREDIMENSIONAMENTO

69 Strutture in Acciaio CONCEZIONE STRUTTURALE Il sistema a telaio con struttura in Acciaio è una tipologia costruttiva molto leggera e snella. Grazie alle diverse possibilità di scelta della tipologia strutturale (telaio a nodi rigidi o telaio con controventi) permette di adottare varie soluzioni. Rispetto alle strutture in c.a. gli ingombri delle strutture sono minori e le luci della maglia strutturale possono essere maggiori. Anche in questo caso, come per il c.a. e diversamente dalla muratura, oltre alla griglia strutturale non ci sono vincoli. M

70 Strutture in Legno

71 Strutture in Legno INTRODUZIONE Le strutture a telaio in legno possono essere costituite da elementi in legno massiccio oppure in legno lamellare incollato, impiegato sempre più frequentemente anche per piccole luci perché di qualità controllate e non condizionato dalla reperibilità sul mercato di elementi lignei massicci di grandi dimensioni. I collegamenti tra elementi possono essere realizzati con bullonatura, chiodatura o a incastro con collante.

72 Strutture in Legno IL SISTEMA COSTRUTTIVO Le strutture a telaio in legno possono essere classificate in funzione delle modalità di collegamento tra trave e pilastro e principalmente sono: Trave continua e pilastri interrotti, Trave interrotta e pilastri continui.

73 Strutture in Legno GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI La sezione dei pilastri può essere quadrata o rettangolare piena, oppure composta da due elementi di parete verticali paralleli collegati tra loro.

74 Strutture in Legno GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI Le travi possono essere a sezione rettangolare piena, di tipo scatolare, oppure reticolari.

75 Strutture in Legno GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI I solai possono essere realizzati con sistemi a doppia orditura di travi, con griglie e cassettonati oppure con elementi bidimensionali di piccole dimensioni.

76 Strutture in Legno GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI La realizzazione dei componenti strutturali e di completamento prevede dimensioni modulari impostate o in moduli convenzionali ( cm) o in base alle dimensioni standardizzate degli elementi di completamento con funzione irrigidente.

77 Strutture in Legno ABACHI DI PREDIMENSIONAMENTO

78 Concezione Strutturale SCELTA DELLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA TECNOLOGIE COSTRUTTIVE 80 MURATURA SISTEMA CONTINUO (SCATOLARE) MODULO A SPAZI CHIUSI MURATURE CONTINUE CON PICCOLE APERTURE 360 CEMENTO ARMATO SISTEMA PUNTUALE (TELAIO) ELEMENTI PESANTI LIBERTA DI FORMA 1800 ACCIAIO SISTEMA PUNTUALE (TELAIO) ELEMENTI SNELLI E LEGGERI AMPIE LUCI E GRANDE RESISTENZA (MOLTI PIANI) 3500 LEGNO SISTEMA PUNTUALE (TELAIO) ELEMENTI SNELLI E LEGGERI LUCI MENO AMPIE E RESISTENZA MINORE

79 Per approfondimenti: AA.VV. Quaderni del manuale di progettazione edilizia: Le strutture HOEPLI 2003 Daniel L. Shodeck Strutture Pàtron Editore 2004