LE NUOVE STRUTTURE IN ACCIAIO

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1 CORSO PER COLLAUDATORI NAPOLI, 17 dicembre 2010 LE NUOVE STRUTTURE IN ACCIAIO Raffaele Landolfo Università degli Studi di Napoli Federico II

2 INDICE Considerazioni introduttive Criteri di progetto per le strutture di acciaio Regole di dettaglio per strutture dissipative Regole di dettaglio per le strutture intelaiate (MRF) Regole di dettaglio per i controventi concentrici (CBF) Regole di dettaglio per i controventi eccentrici (EBF) Considerazioni conclusive Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche

3 Considerazioni Introduttive CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 3

4 Considerazioni Introduttive Le norme: generalità Principali normative sismiche IN EUROPA ECCS n.54 (First edition 1988) European recommendations for steel structures in seismic zones CEN, EN (2005) Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistence IN ITALIA Ordinanza della P.C. n D.M Norme Tecniche Prerogative e/o aspetti innovativi Norme specifiche per ogni tipologia costruttiva (ca, acciaio, murature, legno, etc) Diverse strategie di progettazione Filosofia di progetto agli Stati Limite Approccio MULTIPRESTAZIONALE D.M Norme Tecniche Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 4

5 Considerazioni Introduttive Performance Based Seismic Design Definizione di diversi livelli di prestazione (performance) da assumere come riferimento per la progettazione sismica Definizioni di corrispondenti livelli di intensità sismica associati ad una determinata probabilità di superamento ed in funzione di un arco temporale di riferimento per la vita della costruzione Classificazione delle costruzioni in funzione della loro destinazione d uso e del ruolo che devono svolgere nella fase post evento Aspetti chiave Multi-Livelli di intensità sismica Multi-Livelli di prestazione Obiettivi di progetto Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 5

6 Considerazioni Introduttive LIVELLI PRESTAZIONALI SLD SLV SLC SLO SLO (Stato Limite di Operatività): la costruzione nel suo complesso, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi SLD (Stato Limite di Danno): la costruzione nel suo complesso, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali SLV (Stato Limite di salvaguardia della Vita): a seguito del terremoto la costruzione subisce significativi danni dei componenti strutturali SLC (Stato Limite di Collasso): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali SLE SLU Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 6

7 Considerazioni Introduttive Stati Limite fondamentali Stato Limite di Danno (SLD) Stato Limite Ultimo (SLU) Evento: Sisma moderatamente frequente T r =50 anni (Terremoto di servizio o di I Livello) Livello prestazionale: Il sistema (includendo anche gli elementi non strutturali) non deve subire gravi danni, conservando intatta la sua funzionalità. Parametro di prestazione: Deformabilità o Rigidezza Evento: Sisma raro T r =475 anni. (Terremoto Distruttivo o II Livello) Livello prestazionale: Il sistema pur subendo danni di grave entità agli elementi strutturali deve garantire la salvaguardia delle vite umane. Parametro di prestazione: Resistenza (R) Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 7

8 Considerazioni Introduttive L azione sismica (NTC / 08) S a a g S a g S F 0 Spettro elastico in termini di accelerazioni S e a g = accelerazione di picco o PGA F 0 = fattore che quantifica l amplificazione spettrale massima (min 2,2) T c * = periodo a cui corrisponde l inizio del tratto a velocità costante dello spettro = fattore di smorzamento (per 5%) S = fattore per categoria di suolo T B, T C, T D = periodi di riferimento in funz. di F 0 e T c * T B T C T D T PERICOLOSITA SISMICA DI BASE SPECIFICITA LOCALI DEL SITO Definita in base alla latitudine e alla longitudine del sito per ciascuna P VR Amplificazione stratigrafica (S S C C ) Amplificazione topografica (S T ) Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 8

9 Considerazioni Introduttive L azione sismica di progetto a max = a g S F 0 g Come fronteggiare accelerazioni orizzontali di questa intensità Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 9

10 Considerazioni Introduttive Moderne strategie di progetto Isolamento sismico Sistemi a risposta Controllata nell ingegneria sismica Sistemi a controllo passivo Sistemi dissipativi Meccanismi a massa Meccanismi a massa Speciali Ordinari Sistemi a controllo attivo Controllo rigidezza Sistemi iper-resistenti non controllati Controllo forze Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 10

11 Considerazioni Introduttive La duttilità ed il fattore di struttura q (SLU) F F d1 S a Strutture non dissipative k M i F i = (a/g) M i g q Strutture non diss S d1 =S e x x max 1 y1 1 F d2 F d3 Strutture mediamente dissipative Strutture fortemente dissipative x k k M i M i Strutture med. diss. F i = (a/g) M i g F i = (a/g) M i g q S d2 = S e / q 2 x x max 2 Strutture alt. diss. S d3 = S e / q 3 y 2 1 xmax q3 1 x y 3 x y3 x y2 x y1 x max T Hp: Equivalenza Spettri cinematica di progetto x ep =x el Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 11

12 Considerazioni Introduttive L azione sismica di progetto Come si progetta una struttura duttile Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 12

13 Considerazioni Introduttive La duttilità ELEMENTO DUTTILE s ELEMENTO FRAGILE Cubo di calcestruzzo f y,k f y,d E s e y,d 10 0 / f cd Barretta di acciaio 2 0 / / 00 e c F F Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 13

14 Considerazioni Introduttive La duttilità 1 CASO: la resistenza dell elemento duttile è più grande dell elemento fragile F RD >> F RF F F F F RD + = F RF x x x F F La resistenza globale sarà governata dall elemento fragile: IL COMPORTAMENTO GLOBALE E FRAGILE Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 14

15 F Considerazioni Introduttive 2 CASO: la resistenza dell elemento duttile è minore dell elemento fragile F RD < F RF F F RF La duttilità F F RD + = x x x F F La resistenza globale sarà governata dall elemento duttile: IL COMPORTAMENTO GLOBALE E DUTTILE Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 15

16 Considerazioni Introduttive Elemento duttile ESEMPI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE: Impalcato negli edifici Elemento sovraresistente Fondazioni nella struttura Favorire la crisi nelle travi Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 16

17 Considerazioni Introduttive ESEMPI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE: Favorire la crisi per flessione rispetto a quella per taglio negli elementi Rottura flessionale, duttile Rottura a taglio, fragile nella sezione crisi lato acciaio nei collegamenti Colonna Elemento fragile (sovraresistente) Elemento duttile Trave sovraresistenza sezione netta Colonna Fondazione Elemento fragile (sovraresistente) Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 17

18 Considerazioni Introduttive Filosofia di Progetto Individuazione preliminare degli elementi duttili o zone dissipative, destinate alla plasticizzazione, e degli elementi fragili, destinati a restare in campo elastico. Attraverso dei criteri (GERARCHIA DELLE RESISTENZE) si farà in modo che la resistenza degli elementi fragili sia sempre maggiore di quella degli elementi duttili (ELEMENTI SOVRARESISTENTI) F RF a F RD Attraverso delle regole di dettaglio si cercherà di conferire la MASSIMA DUTTILITA alle zone dissipative (e quindi all intera struttura) F μ maggiore possibile x Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 18

19 Considerazioni Introduttive Duttilità e Sovraresistenza Livelli di duttilità Classificazione delle sezioni (pren ) Prova Prova a flessione a trazione I) Duttilità puntuale Materiale II) Duttilità locale Membratura Prova di Push-Over III) Duttilità globale Tipologia e schema strutturale Parametri meccanici Parametri meccanici eu 0 u e y u y y Duttilità Duttilità Duttilità f M a 0 u pl f M ay uy y Sovraresist. Sovraresist. Sovraresist. Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 19

20 Considerazioni Introduttive IL MATERIALE Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 20

21 Interpretazione Considerazioni Introduttive Indagini sperimentali: La prova a trazione F F F F S235 S420W Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 21

22 Considerazioni Introduttive Il modello meccanico del materiale f t f y,max f y,d aleatorietà incrudimento amm E=tan(a) e e e (%) Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 22

23 Considerazioni Introduttive LE MEMBRATURE Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 23

24 Considerazioni Introduttive Le Membrature Processo Laminati piani e coils Lamiere (t>3mm) Lamierini (t3 mm) Laminazione a caldo Laminazione a freddo Prodotti siderurgici industrializzati Profilati laminati a caldo Profilati per composizione saldata HE IPE UPN OHS (*) Laminazione a caldo Trafilatura (*) Lavorazione a freddo con saldatura (*) Laminazione a caldo con saldatura (*) IFB SFB Alveolate Piegatura a freddo Profili formati a freddo Lamiere grecate Profili a Z o C - Profilatura - Pressopiegatura - Stampaggio Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 24

25 M Moment M pl Moment M pl ult Moment M pl Moment f y M pl Model of Behaviour W Local Buckling M el Local Buckling Local Buckling M pl Moment M pl Moment Resistance Moment Moment Plastic moment on Mgross pl section Mf y pl Moment M pl Model of Be haviour Plastic moment on gross section M pl f y Elastic moment on gross section f y f y Local Buckling Local 1 Buckling M el Local Buckling W1 M el M Local pl Buckling pl Moment nt Resistance Considerazioni Introduttive Plastic M pl moment on gross section Local f y Buckling La capacità rotazionale M M pl M M pl M 1 Rotation Capacity Moment Plastic Sufficient moment on gross section M pl f y rot pl 1 Elastic Moment moment M el Local Buckling M el elastic moment resistance of cross-section M pl plastic moment resistance of cross-section M applied moment 1 Plastic Rotation moment Capacity M Moment M pl on gross section Sufficient M pl f y Moment Elastic moment Limited on gross section M pl f y Plastic Strategie moment di on progettazione M antisismica None per le costruzioni metalliche 25 effective M pl pl section across f section M M pl 1 M M pl 1 M M pl Class 1 M M pl 1 1 pl Plastic moment None M on gross Limited section M el elastic moment resistance of effective section M pl M pl f y M pl plastic moment resistance of M el 1 f y 1 M y f y W Mapplied moment Local rotation rid f (curvature) y Weff Buckling 2 of section rotation (curvature) of section pl 1 across section pl Plastic moment on M 1 1 None pl effective section M pl M el elastic moment resistance of cross-section f M pl plastic y moment resistance 1 None of cross-section M applied moment rotation (curvature) of section rotation (curvature) of section 3 required to generate fully plastic pl 1 across section rotation (curvature) of section rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution pl pl M el Local Buckling rot pl Local Buckling M el Elast on gr Plastic effecti pl 1

26 Considerazioni Introduttive Le membrature: Metodologia di classificazione Element model Anima Esterno Interno Anima Interno Esterno Anima Interno Interno Limiti di appartenenza 0.5 f y b / t p Classe 1 p < 0,5 cr 28.4e k Classe 2 p < 0,6 Classe 3 p < 0,9 per elementi sottoposti a gradiente di tensione p < 0,74 per elementi semplicemente compressi Elemento Snellezza locale Classe 1 Classe 2 Class 3 Flangia Sezioni laminate Flangia Stress distribution (compression positive) 2 b eff 1 c Sezioni saldate Effective width b eff 1 0: b eff = c Flangia Flangia c / t f 10 e c / t f 11 e c / t f 15 e Anima soggetta a flessione d / t w 72 e d / t w 83 e d / t w 124 e 2 b t b c 1 0: b b c / ( 1) eff c Anima soggetta a compressione d / t w 33 e d / t w 38 e d / t w 42 e 2 / 1 Buckling factor k b eff 1 0,43 0 0,57-1 0, , 57 0, 21 0, 07 2 Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 26 b eff 1 0: 1 2 c b eff = c

27 Considerazioni Introduttive La classificazione delle sezioni trasversali Incrudimento Fattore di forma M ult M pl M y M rid Rapporti b/t delle parti compresse Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 27

28 Massimi rapporti b/t Considerazioni Introduttive La classificazione delle sezioni trasversali Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 28

29 Massimi rapporti b/t Considerazioni Introduttive La classificazione delle sezioni trasversali Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 29

30 Considerazioni Introduttive La classificazione secondo NTC/08: La capacità rotazionale Le sezioni trasversali degli elementi strutturali si classificano in funzione della loro capacità rotazionale C J = J I / J Y -1 dove J I / J Y sono le curvature corrispondenti rispettivamente al raggiungimento della deformazione ultima ed allo snervamento. COMPATTE MODERATAMENTE SNELLE CLASSE 1 CLASSE 2 CLASSE 3 SNELLE CLASSE 4 la sezione è in grado di sviluppare una cerniera plastica avente capacità rotazionale adeguata C J 3 la sezione è in grado di sviluppare il proprio momento resistente plastico, ma con capacità rotazionale limitata nella sezione le tensioni calcolate nelle fibre estreme compresse possono raggiungere la tensione di snervamento, ma l instabilità locale impedisce lo sviluppo del momento resistente plastico C J 1,5 C J = 0 nel calcolo della resistenza la sezione geometrica effettiva può sostituirsi con una sezione efficace C J = 0 La norma italiana recepisce la classificazione delle sezioni secondo i rapporti b/t dell EC3 Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 30

31 Considerazioni Introduttive TIPOLOGIE STRUTTURALI Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 31

32 Considerazioni Introduttive Strutture Intelaiate Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 32

33 Considerazioni Introduttive Strutture Controventate Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 33

34 Considerazioni Introduttive Strutture Controventate Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 34

35 Considerazioni Introduttive Controventi Concentrici Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 35

36 Considerazioni Introduttive Controventi Eccentrici Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 36

37 Criteri di progetto per le strutture di acciaio CRITERI DI PROGETTO PER LE STRUTTURE DI ACCIAIO Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 37

38 Criteri di progetto per le strutture di acciaio I Principi di Progettazione I sistemi strutturali Dissipative q > 1 Bassa duttilità (CD B ) Alta duttilità (CD A ) Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze: le membrature non dissipative (Gerarchia Globale) ed i collegamenti delle parti dissipative al resto della struttura (Gerarchia Locale) devono possedere, nei confronti delle zone dissipative, una sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica. Non dissipative q = 1 La sovraresistenza è valutata moltiplicando la resistenza nominale di calcolo delle zone dissipative per un opportuno coefficiente di sovraresistenza g RD g RD = 1,3 per CD A g RD = 1,1 per CD B se non diversamente specificato Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 38

39 Criteri di progetto per le strutture di acciaio Il Capacity Design In un approccio alle forze, si controlla il meccanismo di collasso distribuendo in modo opportuno le resistenze Le zone dissipative (zone critiche) fungono da fusibili favorendo la formazione di meccanismi di collasso globali Le parti non dissipative ed i collegamenti delle parti dissipative al resto della struttura devono possedere sufficienti sovraresistenze Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 39

40 Criteri di progetto per le strutture di acciaio Il fattore di struttura L espressione generale q = f Tipologia strutturale Criteri di dimensionamento New q = K D K R q 0 OPCM 3274 Valore di base Regole di dettaglio q = K R q 0 NTC / 08 K D = duttilità locale zone dissipative K R = regolarità dell edificio Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 40

41 Criteri di progetto per le strutture di acciaio Le tipologie strutturali ed il fattore di struttura Strutture a Telaio Controventi Concentrici Controventi Eccentrici Strutture a pendolo inverso q 0 TIPOLOGIA STRUTTURALE Classe Duttilità CD B CD A Strutture Intelaiate 4 5a u /a 1 Controventi Eccentrici 4 5a u /a 1 Controventi Concentrici a diagonale tesa attiva 4 4 Controventi Concentrici a V 2 2,5 Strutture a mensola o a pendolo inverso 2 2a u /a 1 Strutture Intelaiate con controventi concentrici 4 4a u /a 1 Strutture Intelaiate con tamponature in muratura 2 2 Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 41

42 Criteri di progetto per le strutture di acciaio Le tipologie strutturali ed il fattore di struttura a TIPOLOGIA COSTRUTTIVA a u /a 1 Edifici a un piano 1,1 Edifici a telaio a più piani, con sola campata 1,2 Edifici a telaio con più piani e più campate 1,3 Edifici con controventi eccentrici a più piani 1,2 Edifici a mensola o a pendolo invertito 1,0 Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 42

43 Regole di dettaglio per strutture dissipative REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE DISSIPATIVE Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 43

44 Regole di dettaglio per strutture dissipative Criteri di progetto per le strutture dissipative Criteri di progetto Il progetto delle strutture di tipo dissipativo deve garantire una risposta globale stabile anche in presenza di fenomeni locali di plasticizzazione, instabilità o altri connessi al comportamento isteretico della struttura Zone dissipative Zone NON dissipative Resistenza D.M ; CNR 10011; Eurocodice 3 Duttilità Requisiti Efficaci dettagli costruttivi Capacità dissipativa attribuibile sia agli elementi che ai collegamenti Sovraresistenz a D.M ; CNR 10011; Eurocodice 3 Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 44

45 Regole di dettaglio per strutture dissipative Regole di Dettaglio I criteri di progetto si considerano soddisfatti se lo sono opportune Regole di dettaglio.. A) Regole valide per ogni tipologia strutturale Regole di dettaglio B) Regole specifiche per le singole tipologie Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 45

46 Regole di dettaglio per strutture dissipative Regole di dettaglio valide per ogni tipologia Prerequisiti delle zone dissipative per il progetto duttile 1. Il materiale 2. Le connessioni 3. Le membrature Sovraresistenza f f tk yk 1.20 Def. a rottura e t 20% Tensione max di snerv. f y, max 1, 2 f y, k Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 46

47 Regole di dettaglio per strutture dissipative Regole di dettaglio valide per ogni tipologia Prerequisiti delle zone dissipative per il progetto duttile 1. Il materiale 2. Le connessioni 3. Le membrature g Rd f f y, m coefficiente di sovraresistenza del materiale y, k Acciaio g Rd S S S S S Se nelle zone non dissipative e nelle connessioni f y, k f y,max si assume g Rd 1, 00 Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 47

48 Regole di dettaglio per strutture dissipative Regole di dettaglio valide per ogni tipologia Collegamenti nelle zone dissipative 1. Il materiale Collegamenti dotati di adeguata sovraresistenza: a) Saldature a completa penetrazione 2. Le connessioni b) Saldature a cordoni d angolo e collegamenti bullonati (bulloni ): R d g 1, 1 R Rd pl 3. Le membrature R d resistenza di progetto del collegamento R pl resistenza plastica della membratura collegata Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 48

49 Regole di dettaglio per strutture dissipative Regole di dettaglio valide per ogni tipologia Parti compresse delle zone dissipative 1. Il materiale Web Outstand Internal Web Internal Outstand Web Internal Internal Instabilità locale 2. Le connessioni Flange Rolled I-section Flange Flange Hollow section Welded box section La snellezza locale b/t e la duttilità locale In funzione della classe di duttilità e del valore di q 0 usati in fase di progetto sono determinate le classi di sezioni trasversali da usare per le parti dissipative 3. Le membrature Classe di duttilità Valore di riferimento del fattore di struttura q 0 Classe di sezione trasversale richiesta CD B 2 < q 0 4 Classe 1 o 2 CD A q 0 > 4 Classe 1 Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 49

50 Regole di dettaglio per strutture dissipative Regole di dettaglio valide per ogni tipologia Parti tese delle zone dissipative 1. Il materiale Web Outstand Internal Web Internal Outstand Web Internal Internal Instabilità locale 2. Le connessioni Flange Rolled I-section Flange Flange Hollow section Welded box section La snellezza locale b/t e la duttilità locale 3. Le membrature La resistenza plastica di progetto deve risultare inferiore alla resistenza ultima di progetto della sezione netta in corrispondenza dei fori per i dispositivi di collegamento Pertanto si deve verificare che: A res = area resistente netta A A = area lorda res g f M 2 yk 1,1 g M0 = coeff sicurezza per resistenza della membratura senza fori A g M 0 ftk g M2 = coeff sicurezza per resistenza della membratura con fori Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 50

51 Regole di dettaglio per le strutture intelaiate REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE INTELAIATE (MRF) Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 51

52 Moment Resisting Frame - MRF Regole di dettaglio per le strutture intelaiate Le Strutture Intelaiate M Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 52

53 Regole di dettaglio per le strutture intelaiate Il Principio di Base Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze: Al fine di conseguire un comportamento duttile i telai devono essere progettati in modo che le cerniere plastiche si formino nelle travi piuttosto che nelle colonne, tranne che per le sezioni delle colonne alla base ed alla sommità dei telai multipiano e per tutte le sezioni degli edifici monopiano. Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 53

54 I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio MRF SOVRARESISTENTE (Gerarchia locale) g 1,1M Rd b, Rd SOVRARESISTENTE (Gerarchia globale) 54

55 Regole di dettaglio per le strutture intelaiate Il Principio di Base SOVRARESISTENTE (Gerarchia Globale) g RD = 1,3 per CD A g RD = 1,1 per CD B g 1,1 Rd M b, Rd SOVRARESISTENTI (Gerarchia Locale) Acciaio g Rd S S S S S min max 1,21 M 1,32 M b, Rd b, Rd Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 55

56 Regole di dettaglio per strutture intelaiate Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 56

57 Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE A CONTROVENTI CONCENTRICI (CBF) Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 57

58 Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici Le Strutture a Controventi Concentrici Concentrically Braced Frame - CBF N Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 58

59 Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici Il Principio di Base Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze: Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi concentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazione delle diagonali tese preceda la rottura delle connessioni e l instabilizzazione di travi e colonne. Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 59

60 I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio CBF SOVRARESISTENTE (Gerarchia globale) SOVRARESISTENTE (Gerarchia locale) g 1,1 N Rd pl, Rd 60

61 Gerarchia Globale Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici Il Principio di Base N pl N pl Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 61

62 Gerarchia Locale Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici Il Principio di Base N pl Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 62

63 Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF) Controventi Concentrici a V Concentrically Braced Frame - CBF N Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 63

64 Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF) Il Principio di Base Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze: Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi concentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazione delle diagonali tese preceda la rottura delle connessioni e l instabilizzazione di travi e colonne. Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 64

65 Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF) La Resistenza delle Diagonali In fase di progetto, come già detto, sono tenute in conto sia le diagonali tese che quelle compresse. N pl In fase di verifica, la diagonale compressa è considerata instabilizzata. Occorre quindi verificare anche che le aste tese siano in grado di resistere da sole alla forze sismiche di progetto precedentemente determinate. Tuttavia nei telai con controventi a V non si trascura del tutto la resistenza della diagonale compressa e si considera una forza pari a: N pl,rd nelle diagonali tese; g pb N pl,rd nelle diagonali compresse. N pl 0,3 N pl 0,3 N pl Con g pb = 0,30 fattore che permette di stimare la resistenza residua dopo l instabilizzazione. Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 65

66 I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio CBF SOVRARESISTENTE (Gerarchia globale) SOVRARESISTENTE (Gerarchia locale) g 1,1 N Rd pl, Rd 66

67 Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 67

68 Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 68

69 Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI (EBF) Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 69

70 Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici Le Strutture a Controventi Eccentrici Eccentrically Braced Frame - EBF V Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 70

71 Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici Il Principio di Base Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze: Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi eccentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazione degli elementi di connessione o link preceda la rottura delle connessioni e l instabilizzazione delle altre membrature. Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 71

72 I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio EBF SOVRARESISTENTE (Gerarchia globale) (link corto) 1,5 V l,rd 1,5 V l,rd SOVRARESISTENTE (Gerarchia locale) N g 1,11,5 V sena a Ed, G Rd l, Rd 72

73 Stati limite di esercizio CRITERI DI VERIFICA AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 73

74 Stati limite di esercizio SLD: Verifiche di danneggiamento elementi non strutturali Limitazioni sugli spostamenti relativi ECCS n.54 d r n lim pr EN r d lim NTC 2008 dr d lim r ; d r è lo spostamento di relativo valutato attraverso analisi lineari elastiche eseguite con uno spettro di risposta pari a S d q n; è un fattore di riduzione che tiene conto del più basso periodo di ritorno associato con lo SLD d r è lo spostamento di relativo valutato attraverso analisi lineari elastiche eseguite con lo spettro di risposta corrispondente allo SLD SPOSTAMENTI DI INTERPIANO LIMITE Tipologia ECCS pr EN O.P.C. NTC tamponatura n n Scorrimenti di Tamp. collegati Interpiano rigidamente alla 0,003 h 0,005 h 0,005 h o struttura Interstorey Tamp.collegati drifts elasticamente alla 0,006 h 0,0075 h 0,0075 h 0,010 h struttura Tamponatura scollagata alla _ 0,010 h _ struttura Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 74

75 Stati limite di servizio SLD: Verifiche di danneggiamento elementi strutturali Per costruzioni di Classe III e IV, se si vogliono limitare i danneggiamenti strutturali, per tutti gli elementi strutturali, inclusi nodi e connessioni tra elementi, deve essere verificato che il valore di progetto di ciascuna sollecitazione (Ed) calcolato in presenza delle azioni sismiche corrispondenti allo SLD ed attribuendo ad il valore di 2/3, sia inferiore al corrispondente valore della resistenza di progetto (Rd) calcolato con riferimento alle situazioni eccezionali. Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 75

76 Considerazioni conclusive CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 76

77 Considerazioni conclusive Considerazioni Conclusive Le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni approvate con D.M , nelle parti dedicate alle strutture in acciaio ed alla progettazione per azioni sismiche recepiscono in pieno le vigenti Norme Europee per l acciaio e per la sismica. D.M EC3 EC8 Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 77

78 Considerazioni conclusive IUSS Press Pavia Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 78

79 Considerazioni conclusive Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 79

80 Considerazioni conclusive GRAZIE PER L ATTENZIONE Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 80