LA NUOVA SEDE ISIS PAPYRUS A VIENNA

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1 LA NUOVA SEDE ISIS PAPYRUS A VIENNA superficie totale, presenta una pianta rettangolare ed è caratterizzata da una maglia strutturale regolare. GIULIANO GIAGGIA, S.P.S. S.R.L. - MILANO ANDREA SALA, S.P.S. S.R.L. - MILANO ARTURO DONADIO, S.P.S. S.R.L. - MILANO VITO CAFARO, S.P.S. S.R.L. MILANO VINCENZO SPOSATO, S.P.S. S.R.L. MILANO SILVIA SULIS, S.P.S. S.R.L. - MILANO SUMMARY The new Isis Papyrus Headoffice will be built in Perchtoldsdorf, near Vienna (Austria). It consists of a 4000 sm basement floor made of cast in situ reinforced concrete. The elevation comprises five blocks of irregular shape linked at the centre by a footbridges system, for a total surface of approximately 7000 sm. Four blocks, consisting of two above ground level floors, have been designed for offices and will be realized whit a wood structure (column and main beams will be made of Kerto-S, X-Lam will be used for slabs and walls). The wood structure has been preferred for its lightness, its flexibility of employment, its thermoacoustic performances and for its ecological sustainability. The fifth block, an auditorium, will be built all in cast in situ reinforced concrete. 1 DESCRIZIONE DELL OPERA L edificio in questione costituirà la nuova sede principale di Isis Papyrus GmbH, una importante società internazionale di produzione di software, e verrà realizzato a Perchtoldsdorf, piccolo centro posto ad alcuni chilometri a sudovest di Vienna (Austria). Il progetto funzionale di massima è stato redatto da Archiguards Projects, studio di architettura austriaco, mentre il progetto esecutivo architettonico è realizzato dallo studio di architettura Venelli-Kramer di Como. L edificio è composto da un basamento interrato ove, oltre al parcheggio, troveranno posto i principali locali per impianti, e da cinque corpi di fabbrica fuori terra collegati al centro da un ampio atrio a tutta altezza. La parte interrata, di circa mq di Figura 1. Pianta piano interrato Sarà realizzata interamente in c.a. gettato in opera conformemente ai criteri del box-type foundation, costituito da una platea di fondazione di 60 cm di spessore, muri perimetrali contro terra di spessore totale pari a 40 cm eseguiti con doppia lastra prefabbricata e getto di completamento in opera, pareti interne di 25 cm di spessore, pilastri di sezione rettangolare pari a 30 x 50 cm e da una soletta a piastra di piano terra di spessore pari a 40 cm. Oltre che per soddisfare alle particolari esigenze statiche, la fondazione a platea è stata scelta anche in conseguenza della modesta soggiacenza della falda idrica che, mediamente, si attesta circa alla quota prevista per l imposta delle fondazioni (circa -3,30 m rispetto al piano di campagna), con possibilità di risalita nel corso delle naturali oscillazioni stagionali. Fuori terra si hanno invece cinque corpi di fabbrica che si sviluppano attorno ad un ampio atrio centrale a tutta altezza, per un totale di circa 7000 mq. Figura 2. Corpi principali del complesso I cinque corpi citati sono disposti secondo uno schema a raggiera irregolare, in modo che

2 non risulta possibile riprendere la maglia strutturale del piano interrato. La soletta di piano terra costituisce quindi un impalcato di transizione tra gli elementi strutturali verticali posti al disotto ed al disopra della medesima. Figura 3. Pianta piano terra Quattro dei cinque corpi di fabbrica, con pianta approssimativamente rettangolare e tutti diversi tra loro, saranno destinati ad uffici. Sono costituiti da due impalcati in elevazione, il secondo dei quali, la copertura, è in parte piano ed in parte in pendenza. Gli elementi strutturali che li comporranno sono tutti in legno. Si hanno pertanto pilastri di sezione 250 x 400 mm in Kerto-S che sostengono al piano primo una coppia di travi (ciascuna avente sezione 17,7x90 cm), una per ogni lato dei pilastri stessi in modo da non interromperne la continuità, ed in copertura una coppia di travi affiancate anch esse in Kerto-S (ciascuna avente sezione 17,7x75 cm), appoggiate direttamente sulla sommità dei pilastri. La scelta di tale tipologia di legno risiede essenzialmente nelle superiori caratteristiche meccaniche che consentono di ridurre le dimensioni dei singoli elementi. I solai, monodirezionali, sono invece realizzati con pannelli in X-LAM opportunamente dimensionati anche nei confronti delle vibrazioni. I singoli pannelli verranno giuntati tra loro in modo da garantire una adeguata ripartizione trasversale dei sovraccarichi, nonché il funzionamento a diaframma, indispensabile per trasferire le azioni orizzontali prodotte da vento e sisma agli elementi di controvento. Questi ultimi saranno costituiti in parte da pareti in calcestruzzo ed in parte da pareti in X- LAM di spessore variabile tra i 135 ed i 200 mm, che assolveranno altresì la funzione di sostenere anche i carichi verticali. La scelta del legno per le strutture fuori terra, discende da varie considerazioni. In primo luogo esso consente prestazioni statiche di rilievo con una leggerezza molto maggiore del calcestruzzo. Questa caratteristica si rivela di fondamentale importanza nel caso specifico, ove si hanno forti discontinuità tra le strutture verticali del piano interrato e dei piani in elevazione, consentendo di realizzare elementi strutturali di transizione di dimensioni contenute, in conseguenza della ridotta entità dei carichi verticali da trasferire. Altro sensibile vantaggio della leggerezza è quella di condurre ad azioni sismiche di entità ridotta e quindi gestibili con maggiore semplicità. La possibilità di lavorare i singoli elementi strutturali con macchine a controllo numerico, che garantiscono quindi una eccellente precisione, consente poi di produrre elementi di qualunque forma e dimensione, e dunque di realizzare strutture anche di grande complessità prefabbricandole in stabilimento in pezzi o parti che poi, mediante semplici giunzioni meccaniche, possono venire rapidamente assemblate in opera, con grande risparmio sui tempi di costruzione. Inoltre, il legno presenta vantaggi anche nei confronti dell acciaio, particolarmente per quanto riguarda il comportamento in caso di incendio. Infatti, alle temperature cui sono sottoposte le strutture durante un incendio, le caratteristiche meccaniche dell acciaio si riducono di circa il 90%: per ottenere un soddisfacente comportamento statico in caso di incendio, l acciaio richiede dunque costose protezioni che non ne evitano comunque completamente il riscaldamento. Il legno invece brucia, ma con la carbonizzazione si autoprotegge ed inoltre la sezione residua, calcolabile perché la velocità di carbonizzazione è nota, mantiene inalterate le sue caratteristiche meccaniche di partenza. Infine, nel caso che uno o più elementi strutturali in legno vengano danneggiati da un evento eccezionale (sisma, incendio, etc.), al contrario di quello che accade con l acciaio e più ancora con il calcestruzzo, la struttura può essere rimessa in servizio in tempi brevi con la semplice sostituzione degli elementi danneggiati stessi. Figura 4. Sezione della struttura

3 Il quinto corpo di fabbrica è caratterizzato da una pianta a trapezio molto accentuato, e conterrà un auditorium-sala conferenze. La struttura, a doppia altezza, è composta da pareti e solai bidirezionali interamente in c.a. gettato in opera. A metà altezza è prevista la costruzione di un loggione a sbalzo, mentre sulla copertura verranno realizzati alcuni miniappartamenti con struttura in legno oltre che un ampio terrazzo. Tutte le connessioni tra i vari elementi strutturali in legno e tra questi ultimi e le strutture in calcestruzzo sono realizzate mediante piastre, squadrette, bulloni e viti in acciaio. Il collegamento tra i vari corpi di fabbrica è ottenuto mediante passerelle in c.a. disposte nell atrio centrale. Figura 6. Pianta primo piano Attorno all edificio sono previste numerose ed ampie pensiline anch esse realizzate con struttura in legno/acciaio. La scelta di impiegare, appena possibile, strutture in legno è stata dettata anche in conseguenza di considerazioni relative all eco sostenibilità. Infatti la CO 2 prodotta in fase di costruzione verrà compensata con una conseguente adeguata piantumazione di nuovi alberi. Inoltre, i migliori standard termoacustici garantiti dal legno e l impiego di pannelli fotovoltaici e di pompe di calore che sfruttano l acqua di falda, renderanno l edificio energeticamente autonomo. Figura 7. Pianta copertura 2 PROGETTO ESECUTIVO Figura 5. Dettagli costruttivi Le strutture sono progettate con riferimento al corpo normativo attualmente vigente in Austria, ovvero Eurocodici e relativi Annessi Nazionali. Sono stati scelti i seguenti materiali da costruzione: - Calcestruzzo classe C30/37; - Acciaio per armature B550B secondo ÖNORM B4707;

4 - Acciaio per carpenteria metallica S275JR; - KERTO-S con f mk = 48 N/mm 2 (approvazione DIBt , certificazione VTT 184/ ); - X-LAM in abete rosso della classe C24. I sovraccarichi variabili di progetto richiesti dalla committenza sono sensibilmente più alti dei minimi normativi per la destinazione d uso dell edificio. In particolare si hanno 7,00 kn/m 2 per il piano terra e 5,00 kn/m 2 per il primo piano. L analisi sismica è stata eseguita mediante analisi modale con spettro di risposta (RSA). Gli spettri sono stati costruiti in accordo alla EN , assumendo una accelerazione di riferimento pari a 0,81 m/sec 2, cosi come previsto dalla zonazione sismica austriaca riportata negli Annessi Nazionali. In corrispondenza del plateau dello spettro si ha dunque una accelerazione di progetto pari a circa 0,16 g (1,57 m/sec 2 ). espressamente previsto dall EC8 per la tipologia in questione. 2.1 Modello di calcolo L intero edificio è stato studiato mediante analisi FEM, con l ausilio del software di calcolo Midas Gen. Il modello FEM è stato articolato in modo tale da fornire le azioni di calcolo per tutti gli elementi che lo compongono e per le varie combinazioni previste dalla norma. Il progetto architettonico è stato attentamente studiato e la struttura portante e controventante è stata ideata in modo da coniugare al meglio le esigenze statiche con quelle distributive, funzionali ed estetiche. Lo schema sismo-resistente è costituito da pareti (setti o nuclei) realizzati in legno o c.a., e ripartiti su tutta la pianta dell edificio. I solai (sia quelli in legno che quelli in c.a.) sono stati considerati infinitamente rigidi nel loro piano. A tale scopo, in corrispondenza dei giunti tra i pannelli in legno che costituiscono i solai, verranno realizzati opportuni collegamenti in grado di assorbire le azioni taglianti sia nel piano dei pannelli stessi che fuori dal loro piano. Figura 8. Spettri di risposta orizzontali In considerazione della tipologia della struttura, che prevede il piano interrato costruito secondo i criteri del box-type foundation, sono state condotte due analisi: - la prima con fattore di struttura q = 1,5 per la determinazione delle azioni nella struttura in elevazione; - la seconda con q = 1 per le strutture del piano interrato che devono rimanere in campo elastico (strutture non dissipative), cosi come Figura 9. Dettaglio collegamento pannelli XLAM per solai I pilastri, invece, sono stati considerati come bielle dovendo trasferire solo i carichi verticali. I risultati dell analisi sono stati controllati e validati mediante calcoli alternativi con schemi semplici eseguiti anche a mano. La scelta del tipo di elementi finiti da impiegare è stata rivolta all ottenimento di una schematizzazione ideale della struttura, e in modo analogo sono state definite le condizioni di vincolo tra gli stessi.

5 Figura 10. Modello F.E.M. Pertanto la modellazione dell edificio ha fatto ricorso all utilizzo di: - elementi monodimensionali a due nodi di tipo truss (che trasmettono solo carico assiale) per i pilastri; - elementi monodimensionali a due nodi di tipo beam per le travi; - elementi bidimensionali a quattro nodi plate per la platea di fondazione, i solai in c.a. e le pareti del padiglione in c.a.; - elementi bidimensionali a quattro nodi di tipo wall per lo studio dei setti del piano interrato e delle pareti in X-LAM. Quest ultimo elemento è basato su una particolare formulazione avente la duplice funzione di trasmettere i carichi verticali e di opporre una rigidezza tagliante alle deformazioni orizzontali. Pur essendo molto simile ad un comune elemento plate, la sua configurazione prevede che la risposta strutturale venga rappresentata in termini di parametri di sollecitazione M, N e T, con notevole semplificazione delle operazioni di progetto e verifica. I solai in legno sono invece stati modellati come piani rigidi, nei riguardi della ripartizione dei carichi orizzontali, e come aree di carico (floor load) per la trasmissione dei carichi verticali. Il modello completo risulta essere composto da 137 elementi truss, 4000 elementi beam, elementi plate e 2600 elementi wall, per un numero complessivo di nodi pari a Al fine di ridurre i tempi di calcolo automatico (circa 1560,00 sec per l intero modello), nonché affinare i risultati provenienti dal modello FEM globale, sono stati estrapolati alcuni sottomodelli. Figura 11. Parte del modello F.E.M. zona auditorium In particolare, per le travi parete dell auditorium, per la soletta del piano terra e per la platea di fondazione si è proceduto, con particolare attenzione alle zone ritenute di maggiore interesse, ad un infittimento della mesh. Figura 12. Parte del modello F.E.M. piano interrato

6 Nel sottomodello implementato per lo studio della platea, in cui il contatto con il terreno di base è stato simulato mediante un suolo elastico alla Winkler, le caratteristiche della sollecitazione sono state ricavate caricando la mesh con le reazioni vincolari provenienti dal modello globale (incastrato alla base) con fattore di struttura pari a 1,00. La progettazione è tutt ora in corso. Il progetto definitivo è stato terminato e sottoposto, per le necessarie approvazioni, agli enti preposti. È in fase di redazione la progettazione esecutiva con lo sviluppo di tutti i dettagli costruttivi necessari per rendere le opere eseguibili senza incertezze. 2.2 Considerazioni finali La peculiarità dell edificio ha richiesto particolare attenzione ed impegno nell affrontare l analisi sismica. Questa risulta infatti decisamente complessa a causa del fatto che l edificio nel suo insieme è composto da cinque corpi di fabbrica collegati solo in alcuni punti dalle passerelle dell atrio centrale (che dietro specifica richiesta dei vigili del fuoco devono essere in calcestruzzo armato) e caratterizzati da geometrie e caratteristiche costruttive molto differenti che producono per ciascuno di essi un comportamento specifico. Emerge immediatamente come sia necessario considerare un numero elevato di modi (n 80) per raggiungere il 90% della massa partecipante totale, cosi come richiesto dalla normativa. Ciò discende dalle notevoli differenze di rigidezza sia tra i singoli corpi di fabbrica, dovute alla geometria che ai materiali con cui sono realizzati, sia tra le strutture in elevazione ed il piano seminterrato. Infatti i risultati dell analisi evidenziano come gli edifici, pur collegati alla base dalla medesima soletta (diaframma rigido), tendono ad avere una risposta alle azioni orizzontali in cui ciascuno si comporta in modo quasi indipendente dal resto della struttura. In conseguenza della notevole estensione delle pareti di controvento, sia in legno che in c.a, i periodi dei modi principali risultano comunque decisamente ridotti. Il sistema costruttivo adottato consente quindi di ottenere una struttura nel suo complesso molto rigida, che offre una buona risposta, anche in termini di spostamenti, nei confronti delle azioni sismiche. I primi modi di vibrare coinvolgono principalmente gli edifici in legno i quali risultano caratterizzati da una relativamente minore rigidezza rispetto al corpo in c.a. dell auditorium. Quest ultimo, in conseguenza della sua forma estremamente irregolare, non presenta modi principali dalle forme classiche e facilmente distinguibili. La sua risposta è costituita da un insieme di modi di vibrare tutti molto articolati, oltre che da modi locali, cioè chiaramente afferenti a singole parti della struttura. Figura 13. Alcuni modi di vibrare della struttura 3 DATI RIASSUNTIVI Dimensioni parte interrata: m 3 v.p.p. Dimensioni edifici in elevazione: m 3 v.p.p. Volume totale di calcestruzzo gettato in opera: m 3

7 Incidenze di armatura: - Fondazioni 70 kg/m 3 ; - Solai 160 kg/m 3. Superficie solai in calcestruzzo: m 2 Superficie solai in X-Lam: m 2 Superficie pareti in X-Lam: m 2 4 RIFERIMENTI Committente: ISIS Papyrus EUROPE AG A-2380 Marktgemeinde Perchtoldsdorf Progetto architettonico funzionale: ARCHIGUARDG PROJECTS Pastl Zehetner Heizeneder Nieke OEG Lerchenfelder str. 73/15 A-1070 Wien Progetto architettonico definitivo ed esecutivo: VENELLI KRAMER Architetti Via Pisani Dossi 5/a Como Arch. Ruggero Venelli Progetto delle strutture definitivo ed esecutivo: S.P.S. S.r.l. Via Melchiorre Gioia, Milano Ing. Giuliano Giaggia Contatti con gli autori: segreteria@spssrl-mi.it