La Progettazione Strutturale degli Edifici in Acciaio

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1 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Prof. ing. Claudio Bernuzzi Dipartimento di Ingegneria Strutturale Politecnico di Milano & Composte in Acciaio-Cls materiale, prodotti e costruzioni valutazione della sicurezza e metodi dell analisi strutturale verifiche agli stati limite unioni, dettagli costruttivi ed assemblaggio

2 LEGHE FERRO-CARBONIO: La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio IL MATERIALE ACCIAIO GHISE: tenore di carbonio non superiore all 1.7% (in letteratura si trova a volte indicato come limite il valore del 2%); ACCIAI: tenore di carbonio è inferiore (extra-dolci (C<0.15%, anche denominato ferro), dolci (C=0.15~0.25%), semiduri (C=0.25~0.50%), duri (C= %), durissimi (C>0.75%) ACCIAI DA CARPENTERIA: tenore di carbonio tra 0.1% e 0.2%. Il CARBONIO eleva le caratteristiche di resistenza, ma riduce sensibilmente la duttilità e la saldabilità.

3 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Gli acciai secondo DM 9/1/1996

4 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Gli acciai secondo le NTC e EC3- parte 1-1 NORME TECNICHE per le COSTRUZIONI (1/2)

5 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Gli acciai secondo le NTC e EC3- parte 1-1 NORME TECNICHE per le COSTRUZIONI (2/2)

6 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio

7 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio RIFERIMENTI NORMATIVI SUL MATERIALE UNI EN , Prodotti laminati a caldo per impieghi strutturali Parte 1: Condizioni tecniche generali di fornitura ; UNI EN , Prodotti laminati a caldo per impieghi strutturali Parte 2: Condizioni tecniche di fornitura di acciai non legati per impieghi strutturali ; UNI EN , Prodotti laminati a caldo per impieghi strutturali Parte 3: Condizioni tecniche di fornitura di acciai per impieghi strutturali saldabili a grano fine allo stato normalizzato/normalizzato laminato ; UNI EN , Prodotti laminati a caldo per impieghi strutturali Parte 4: Condizioni tecniche di fornitura di acciai per impieghi strutturali saldabili a grano fine ottenuti mediante laminazione termo meccanica ; UNI EN , Prodotti laminati a caldo per impieghi strutturali Parte 5: Condizioni tecniche di fornitura di acciai per impieghi strutturali con resistenza migliorata alla corrosione atmosferica ;

9 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio L ANALISI CHIMICA

12 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio LA COSTRUZIONE IN ACCIAIO I PRODOTTI PIANI I PRODOTTI LUNGHI

13 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio LE COMPONENTI: I PRODOTTI PIANI

14 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio tipico elemento coibentato esempio di lamiera grecata speciale tipico solaio composto in acciaio e calcestruzzo dettaglio di un solaio composto in acciaio e calcestruzzo

15 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio LE COMPONENTI: I PRODOTTI LUNGHI

19 SOLETTE TRAVI COLONNE La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Elementi Composti in Acciaio-Cls: LE SOLETTE MISTE: aderenza acciaio-cls

20 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Le Travi Composte in Acciaio e Calcestruzzo

21 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Le Colonne Composte in Acciaio e Calcestruzzo

22 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Trasmissione degli sforzi di SCORRIMENTO Aderenza all interfaccia acciaio-calcestruzzo; Specifici dispositivi detti COLLEGAMENTI A TAGLIO (o anche CONNETTORI).

23 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Struttura ed Impianti

24 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio I METODI DI CALCOLO SISTEMA PORTANTE sicuro per l intera vita della struttura sollecitazione resistenza SOLLECITAZIONE azioni interne gravanti sugli elementi che realizzano la struttura, gli stati tensionali di maggiore interesse. RESISTENZA valore limite di tensione, proprio di ogni materiale, LA STRUTTURA DEVE QUINDI RISULTARE SICURA DURANTE TUTTO IL SUO UTILIZZO E SE CIÒ NON SI VERIFICA NE SONO RESPONSABILI PRINCIPALMENTE TUTTI I SOGGETTI COINVOLTI NELLA PROGETTAZIONE (IL PROGETTISTA, IL DIRETTORE DEI LAVORI, IL COSTRUTTORE ED IL COLLAUDATORE).

25 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio CODICE DI HAMMURABI ( A.C) legge del taglione: se la costruzione crolla e causa la morte del padrone, il costruttore verrà ucciso; se il figlio del padrone muore, il figlio del costruttore verrà ucciso; se uno schiavo del padrone muore, il costruttore darà uno schiavo al padrone; se la costruzione ha qualche inconveniente durante il suo uso, sarà ricostruita a spese del costruttore.

26 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio LA PROTEZIONE UNI EN ISO :2001 Pitture e vernici - Protezione dalla corrosione di strutture di acciaio mediante verniciatura - Introduzione generale. UNI EN ISO :2001 Pitture e vernici - - Classificazione degli ambienti. UNI EN ISO :2001 Pitture e vernici - - Considerazioni sulla progettazione. UNI EN ISO :2001 Pitture e vernici - - Tipi di superficie e loro preparazione. UNI EN ISO :2008 Pitture e vernici - Sistemi di verniciatura protettiva. UNI EN ISO :2001 Pitture e vernici - - Prove di laboratorio per le prestazioni. UNI EN ISO :2001 Pitture e vernici - - Esecuzione e sorveglianza dei lavori di verniciatura. UNI EN ISO :2002 Pitture e vernici - - Stesura di specifiche per lavori nuovi e di manutenzione.

27 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio L ATTUALE QUADRO NORMATIVO Legge 5 Novembre 1971 n 1086, Norma per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio, normale e precompresso ed a struttura metallica, (pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana n. 321 del 21 Dicembre 1971). Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, Decreto Ministeriale 14 gennaio 2008, Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni,, pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 29 del , supplemento ordinario n. 30. Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, Circolare 2 febbraio 2009, n. 617 C.S.LL.PP., Istruzioni per l applicazione delle Norme Tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008, pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 27 del , supplemento ordinario n. 27.

28 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Normativa Europea - Strutture di ACCIAIO-EC3 UNI EN :2005: Eurocodice 3 - Progettazione delle strutture di acciaio - Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici UNI EN :2005 Eurocodice Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio UNI EN :2007 Eurocodice Parte 1-3: Regole generali - Regole supplementari per l'impiego dei profilati e delle lamiere sottili piegati a freddo UNI EN :2007 Eurocodice Parte 1-4: Regole generali - Regole supplementari per acciai inossidabili UNI EN :2007 Eurocodice Parte 1-5: Elementi strutturali a lastra UNI EN :2007 Eurocodice Parte 1-6: Resistenza e stabilità delle strutture a guscio UNI EN :2007 Eurocodice Parte 1-7: Strutture a lastra ortotropa caricate al di fuori del piano UNI EN :2005 Eurocodice Parte 1-8: Progettazione dei collegamenti UNI EN :2005 Eurocodice Parte 1-9: Fatica UNI EN :2005 Eurocodice Parte 1-10: Resilienza del materiale e proprietà attraverso lo spessore UNI EN :2007 Eurocodice Parte 1-11: Progettazione di strutture con elementi tesi UNI EN :2007 Eurocodice Parte 1-12: Regole aggiuntive per l'estensione della EN 1993 fino agli acciai di grado S 700

29 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Normativa Europea- Strutture MISTE-EC4 UNI EN :2005 Eurocodice 4 - Progettazione delle strutture composte acciaio-calcestruzzo - Parte 1-1: Regole generali e regole per gli edifici UNI EN :2005 Eurocodice 4 Progettazione delle strutture composte acciaio-calcestruzzo - Parte 1-2: Regole generali - Progettazione strutturale contro l'incendio UNI EN :2006 Eurocodice 4 - Progettazione delle strutture composte acciaio-calcestruzzo - Parte 2: Regole generali e regole per i ponti

30 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Il Metodo Semi-Probabilistico agli Stati Limite Il valore di progetto X d di una proprietà del materiale viene definito come: X k Xd = γmj in cui X k e γ mj (indicato a volte come γ Mj ) rappresentano rispettivamente il valore caratteristico della proprietà del materiale ed il suo coefficiente parziale di sicurezza. γ mj dipendono essenzialmente dalla resistenza che si considera, ossia prevalentemente da quella del materiale di base oppure del dettaglio costruttivo) e dalla modalità di rottura (duttile o fragile). Ad eccezione della verifica di slittamento delle giunzioni ad attrito, vengono usualmente associati alle verifiche nei confronti degli stati limite ultimi.

34 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Tipi di Analisi

36 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Effetti del II ordine

37 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Plasticità

39 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Instabilità locale

40 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio LA CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI Plasticità Instabilità locale

41 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio PROFILI IN CLASSE 4 EN Design of Steel Structures : Coldformed thin gauge members and sheeting EN Design of Steel Structures: Plated structural elements

46 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Profili Presso-Inflessi

47 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Effetti del II ordine

49 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Il termine α cr

51 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio LE IMPERFEZIONI GEOMETRICHE

53 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio RIFERIMENTI NORMATIVI PER I PRODOTTI UNI EU 54: 1981 Piccoli profilati di acciaio ad U laminati a caldo UNI 5679: 1973 Prodotti finiti di acciaio laminati a caldo. Dimensioni e tolleranze UNI 5397: 1978 Prodotti finiti di acciaio laminati a caldo. Travi HE ad ali larghe parallele. Dimensioni e tolleranze UNI 5398: 1978 Prodotti finiti di acciaio laminati a caldo. Travi IPE ad ali larghe parallele. dimensioni e tolleranze UNI EN 10024:1996 Travi ad I ad ali inclinate laminate a caldo. Tolleranze dimensionali e di forma. UNI EN 10034:1995 Travi ad I e ad H di acciaio per impieghi strutturali. Tolleranze dimensionali e di forma. UNI EN 10055: 1998 Profilati a T ad ali uguali e a spigoli arrotondati di acciaio laminati a caldo Dimensioni e tolleranze dimensionali e di forma. UNI EN 10279: 2002 Pofilati a U laminati a caldo Tolleranze sulla forma, dimensioni e sulla massa

54 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio I Nuovi Casi di Carico LE IMPERFEZIONI DEL SISTEMA STRUTTURALE scostamenti relativi di piano delle colonne; scostamenti tra le basi delle colonne; variazioni in termini di luce delle travi; variazioni in termini di altezze di piano delle colonne.

55 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio angolo di fuori piombo (rad) 0,005 0,0045 0,004 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0, IMP_SUP IMP_inf numero di colonne

56 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio M = N [ h tg( φ)] tg(φ) = φ F M = = N φ h

57 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio LE FORZE SUI SISTEMI DI CONTROVENTO

59 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio CASO di CARICO: FORZE INSTABILIZZANTI SUI CONTROVENTI STABILIZZAZIONE DELL ALA COMPRESSA DELLA CAPRIATA

60 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Calcolo del momento massimo per la data combinazione di carico Calcolo della massima forza di compressione N Ed Calcolo della forza instabilizzante

61 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Stati limite di servizio: deformazioni o spostamenti in grado di compromettere l aspetto esteriore o un utilizzo efficiente della struttura o che possano diventare causa di danni a finiture o elementi non strutturali; vibrazioni che possano creare fastidio alle persone, danni all edificio o ai suoi contenuti o che ne limitano il servizio. Stati limite ultimi: superamento, in qualche punto di una sezione dell elemento strutturale in esame, della deformazione unitaria corrispondente al limite elastico del materiale (s. l. elastico della sezione); collasso per eccessiva deformazione della struttura o di una sua parte, considerando anche i vincoli e le fondazioni; collasso per perdita di stabilità della struttura o di una sua parte, considerando anche i supporti e le fondazioni; rottura localizzata per sollecitazioni cicliche con elevato numero di cicli (> a 10 4 ) perdita di equilibrio della struttura o di una sua parte, considerate come corpo rigido; collasso per rottura della struttura o di una sua parte, considerando anche i vincoli e le fondazioni; rottura fragile alle basse temperature.

63 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Premonta: Mai con CALDE

67 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio L I L INSTABILITÀ MODALITÀ DI COLLASSO PER INSTABILITÀ APPROPRIATA VALUTAZIONE DELLA LUNGHEZZA LIBERA DI INFLESSIONE-SNELLEZZA SNELLEZZA

68 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio VERIFICA DI STABILITÀ-LUNGHEZZA LIBERA DI INFLESSIONE a) b)

69 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio per i telai a nodi fissi: η2 ) + 0,055 ( η1 2 ) β 0,5 + 0,14 ( η + η = oppure η 1 = K c K + K 1 K c + K + K K + K 12 c 2 η2 = K c + K 2 + K 21 + K 22 in cui K rappresenta il coefficiente di rigidezza definito come rapporto tra il momento di inerzia della trave I e la sua luce L (K=I/L), mentre i pedici identificano le componenti convergenti nel nodo e sono riferiti alla situazione descritta nella figura 3.7. Nel caso di travi in un telaio di un edificio con solai, i coefficienti di rigidezza K della trave dipendono dalla condizione di vincolo della trave e sono differenziati in funzione del modo di instabilità della colonna. 1+ 0,145 ( η1 + η2 ) 0,265 η1 η2 β = 2 0,364 ( η + η ) 0,247 η η per i telai a nodi spostabili: β = 1 0,2 ( η + η ) 0,12 η η ,8 ( η + η ) + 0,6 η η

70 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio N π EI 2 cr = αcrned = = 2 L0 2 π EA 2 λ

71 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Deformata antisimmetrica del telaio???

72 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Assegnata condizione di carico????

73 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Assegnata condizione di carico???? PALLET+DEAD+NEVE: α cr = PALLET+VENTO+NEVE+DEAD: α cr = 9.63

74 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Osservazioni sull analisi di BUCKLING

75 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio UNIONI BULLONATE

76 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Unioni ad ATTRITO

77 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Il Precarico (Circolare allegata alle NTC)

78 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio Si ragiona per LOTTO

79 La Progettazione delle per la Sicurezza in caso di Incendio UNI EN INTRODUZIONE La presente norma europea specifica i requisiti per l esecuzione di strutture in acciaio, al fine di assicurare assicurare un adeguato livello di resistenza meccanica e stabilità, capacità di impiego e durabilità. La presente norma europea specifica i requisiti per l esecuzione di strutture in acciaio, nello specifico di quelle che sono progettate nel rispetto di tutte le parti della EN 1993 e delle parti relative alle strutture in acciaio, miste ed in calcestruzzo progettate in conformità a tutte le parti dell EN 1994 La presente norma europea presuppone che il lavoro venga espletato con la necessaria qualifica professionale, con adeguate attrezzature e risorse al fine di realizzare un opera in conformità alla specifiche di esecuzione ed ai requisiti della noma europea.