Esercitazione n. 8 di progettazione con PRO_SAP: Verifica di un edificio esistente

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1 Esercitazione n. 8 di progettazione con PRO_SAP: Verifica di un edificio esistente In questa esercitazione guidata sono illustrate alcune semplici procedure che permettono di sperimentare direttamente la verifica con PRO_SAP di una struttura esistente. Si utilizza allo scopo una struttura in c.a. formata da un telaio tridimensionale composto da travi, pilastri e solai di piano. Il telaio contiene già tutti i parametri necessari all analisi, quindi saranno riportate solamente le procedure di visualizzazione e controllo dei dati. La verifica viene eseguita con l analisi lineare e lo spettro elastico (par OPCM 3274) In questo esempio, la verifica di sicurezza degli edifici esistenti viene eseguita con riferimento all azione sismica data dallo spettro elastico (non ridotto) definito al punto del D.M. 05 per il valore di ags appropriato alla zona sismica. Ai fini delle verifiche di sicurezza gli elementi strutturali vengono distinti in duttili e fragili. La classificazione degli elementi nelle due categorie è fornita nei capitoli dell OPCM 3274 relativi alle diverse tipologie strutturali. La verifica degli elementi duttili viene eseguita confrontando gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di deformazioni con i rispettivi limiti di deformabilità. La verifica degli elementi fragili viene eseguita confrontando gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di sollecitazioni con le rispettive resistenze. Nell esempio di seguito riportato le unità di misura utilizzate sono dan e cm. Per aprire l archivio predisposto è necessario utilizzare i seguenti comandi: Start Programmi PRO_SAP PROfessional SAP Esempi Esempio8.psp Viene visualizzata la finestra Informazioni su PRO_SAP in cui premere OK. Il comando eseguito consente di accedere alla sessione di PRO_SAP per lo svolgimento dell esempio guida. Per la visualizzazione della finestra di definizione delle normative, è sufficiente eseguire il seguente comando: Preferenze Normative Viene visualizzata la finestra che riporta le normative utilizzate nel corrente esempio. Per visualizzare in modalità solida la struttura attivare: Modo grafico Solido dinamico viene visualizzata la struttura riportata nell immagine. Premere il tasto x per uscire. Nella presente esercitazione, essendo già presente il modello della struttura, è possibile procedere direttamente al controllo della modellazione e all assegnazione dei carichi. Per eseguire il controllo della normativa selezionata è possibile eseguire i seguenti comandi: Esempio guidato 8 Pag. 1

2 Preferenze normative nella cornice Sismica è selezionata l opzione Ordinanza Controllo della modellazione Di seguito si realizza il controllo della modellazione geometrica della struttura. Contesto Check dati struttura Viene visualizzata la finestra che richiede la conferma alla riesecuzione dell analisi, premere Si. Appare la finestra Controllo dello stato - report in cui vengono riportati i controlli effettuati sulla modellazione geometrica della struttura. Premere il tasto x di uscita. Assegnazione dei carichi alla struttura Di seguito si realizza l applicazione dei carichi al modello della struttura. Nell esempio sviluppato, entreranno in gioco i seguenti carichi: Peso proprio della struttura (carico calcolato e applicato alla struttura in modo automatico); Carico permanente e accidentale dei solai (carico calcolato e applicato alla struttura in modo automatico in base ai coefficienti contenuti nella Tabella dei carichi automatici visualizzabile con il comando Dati di carico Carichi solai e coperture); Carico dei tamponamenti (definito dall utente e successivamente applicato agli elementi di interesse). Casi di carico sismici allo Stato limite ultimo (Danno Severo): CDC=Esk (statico SLU) alfa=0.0 (ecc. +) CDC=Esk (statico SLU) alfa=0.0 (ecc. -) CDC=Esk (statico SLU) alfa=90.00 (ecc. +) CDC=Esk (statico SLU) alfa=90.00 (ecc. -) Casi di carico sismici allo Stato limite di danno (Danno Limitato): CDC=Esk (statico SLD) alfa=0.0 (ecc. +) CDC=Esk (statico SLD) alfa=0.0 (ecc. -) CDC=Esk (statico SLD) alfa=90.00 (ecc. +) CDC=Esk (statico SLD) alfa=90.00 (ecc. -) Casi di carico sismici allo Stato limite di Collasso: CDC=Esk (statico SL CO) alfa=0.0 (ecc. +) CDC=Esk (statico SL CO) alfa=0.0 (ecc. -) CDC=Esk (statico SL CO) alfa=90.00 (ecc. +) CDC=Esk (statico SL CO) alfa=90.00 (ecc. -) Contesto Assegnazione carichi Vengono nascosti i comandi di generazione della struttura e visualizzati i comandi per la gestione dei carichi. Nel contesto di assegnazione dei carichi vengono effettuate le operazioni di assegnazione dei carichi di progetto che vengono gestiti all interno di Casi di carico, cioè archivi di carichi di tipologia omogenea. Di seguito saranno riportati i comandi per la visualizzazione dei carichi: Dati di carico Casi di carico Viene visualizzata la Tabella dei casi di carico, per la definizione dei casi di carico; i seguenti casi di carico sono stati già introdotti nell archivio: 1. CDC=Ggk (peso proprio della struttura): il peso proprio della struttura è definito come primo caso di carico dell archivio; 2. CDC=Gsk (permanente solai-coperture): il carico permanente dei solai è definito come secondo caso di carico dell archivio; 3. CDC=Qsk (accidentale solai): il carico accidentale dei solai è definito come terzo caso di carico dell archivio; Esempio guidato 8 Pag. 2

3 4. CDC=Gk (tamponamenti): il carico relativo ai tamponamenti è definito come quarto caso di carico dell archivio; i carichi relativi ai tamponamenti sono già presenti nel modello della struttura. 5. CDC=Esk (statico SLU) alfa=0.0 (ecc. +): caso di carico contenente le azioni indotte dal sisma in direzione x, con eccentricità accidentale positiva; per la visualizzazione dei parametri di definizione del caso di carico sismico premere il comando Azioni indotte dal sisma (statico equivalente), viene visualizzata la finestra Dati azione sismica (pt. 3.2) che contiene le seguenti definizioni: Il Tipo di azione è un sisma SLU allo Stato limite ultimo di Danno Severo; L Eccentricità accidentale è positiva, secondo la definizione normativa; Il Metodo di analisi è Lineare. Premere il comando Applica e premere nuovamente il comando Applica nella Tabella dei casi di carico. 6. CDC=Esk (statico SLU) alfa=0.0 (ecc. -): caso di carico contenente le azioni indotte dal sisma in direzione x, con eccentricità accidentale negativa; i parametri possono essere visualizzati premendo il comando Azioni indotte dal sisma (statico equivalente). I rimanenti casi di carico assegnati al modello sono: Esempio guidato 8 Pag. 3

4 7. CDC=Esk (statico SLU) alfa=90.00 (ecc. +); 8. CDC=Esk (statico SLU) alfa= (ecc. -) 9. CDC=Esk (statico SLD) alfa=0. 0 (ecc. +) 10. CDC=Esk (statico SLD) alfa=0. 0 (ecc. -); 11. CDC=Esk (statico SLD) alfa=90.00 (ecc. +); 12. CDC=Esk (statico SLD) alfa=90.00 (ecc. -); 13. CDC=Esk (statico SL CO) alfa=0.0 (ecc. +); 14. CDC=Esk (statico SL CO) alfa=0.0 (ecc. -); 15. CDC=Esk (statico SL CO) alfa=90.00 (ecc. +); 16. CDC=Esk (statico SL CO) alfa=90.00 (ecc. -); Al termine del controllo dei casi di carico premere il comando x per uscire dalla Tabella dei casi di carico. N.B.: l inserimento dei casi di carico sismici di tipo Stato Limite Ultimo (Danno severo) e Stato Limite di Danno (Danno Limitato) avviene in maniera automatica quando si genera un nuovo modello e si effettuano le analisi secondo l ordinanza 3274; la verifica per Stato Limite di Collasso può essere eseguita in alternativa a quella di Danno Severo. Definizione dello spettro di risposta Nell esempio corrente la verifica di sicurezza degli edifici esistenti viene eseguita con riferimento all azione sismica data dallo spettro elastico (non ridotto analisi con Fattore di struttura q = 1) definito al punto del D.M. 05 per il valore di ags appropriato alla zona sismica. Ai fini delle verifiche di sicurezza gli elementi strutturali vengono distinti in duttili e fragili. La classificazione degli elementi nelle due categorie è fornita nei capitoli dell OPCM 3274 relativi alle diverse tipologie strutturali. La verifica degli elementi duttili viene eseguita confrontando gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di deformazioni con i rispettivi limiti di deformabilità. La verifica degli elementi fragili viene eseguita confrontando gli effetti indotti dalle azioni sismiche in termini di forze con le rispettive resistenze. Per la definizione dello spettro di risposta e dei parametri previsti dall ordinanza è necessario attivare il comando: Dati di carico Casi di carico sismici Vengono visualizzate in successione le seguenti finestre, in cui i parametri definiti sono relativi all esempio corrente: Passo1 consente l introduzione dei seguenti parametri: Classe della struttura (par. 2.5, D.M. 05); Zona sismica (par , D.M. 05); Per le strutture esistenti è necessario introdurre il livello di conoscenza della struttura (par , Ordinanza 3274): LC2: conoscenza adeguata nel corrente esempio si è previsto un livello di conoscenza adeguata, da cui discende il Fattore di confidenza FC pari a 1.2; Esempio guidato 8 Pag. 4

5 Premendo il comando Avanti> viene visualizzata la seguente finestra: Passo 2 consente la definizione del suolo di fondazione (par , D.M. 05): Premendo il comando Avanti> viene visualizzata la seguente finestra: Passo 3 consente di definire i seguenti parametri: Per gli spettri orizzontale e verticale: Fattore eta (par , D.M. 05); Fattore di sito S, TB, TC, TD (tabelle 3.2.II, 3.2.III, 3.2.IV, 3.2.V D.M. 05); Fattore SLD per lo stato limite di danno (riduce le ordinate dello spettro di risposta elastico) (par , D.M. 05); Fattore di struttura q Nel corrente esempio viene fissato pari a 1 al fine di eseguire la verifica con lo spettro elastico (non ridotto analisi con Fattore di struttura q = 1) per la componente orizzontale; Classe di duttilità non rilevante nell analisi in corso. Esempio guidato 8 Pag. 5

6 Premendo il comando Avanti> viene visualizzata la seguente finestra: Passo 4 : consente l introduzione dei seguenti parametri: Dati comuni per le analisi: Quota spiccato fissata pari a 0 nel corrente esempio; Eccentricità addizionale percentuale (par. 4.4, Ordinanza 3274 e par D.M. 05); permette di tener conto dell eccentricità accidentale in direzione perpendicolare all azione sismica, nel corrente esempio è fissata pari al 5%; Dati per l analisi dinamica (non influenti nel corrente esempio); Dati per l analisi statica (par , Ordinanza 3274 e D.M. 05): Altezza edificio per il calcolo del periodo T1, definito in modo automatico pari a 720 cm; Tipologia dell edificio per la definizione del coefficiente C1, nel corrente esempio si è adottato un telaio in c.a.; Periodo T1 (primo modo) calcolato in modo automatico in base alla formula eq. 4.1, Ordinanza Fattore lambda (0.85-1) (par , Ordinanza 3274) Fattore per il calcolo di Fh, fissato pari a Ordinate spettri: Sd(T1)-SLU valore delle ordinate dello spettro di progetto per lo stato limite ultimo, componente orizzontale (grafico blu); Se(T1)-SLD valore delle ordinate dello spettro elastico ridotta del fattore SLD (definito in precedenza) per lo stato limite di danno, componente orizzontale (grafico rosso); Premendo il comando Avanti> viene visualizzata la seguente finestra: Passo 5: consente di introdurre i coefficienti moltiplicatori dei casi di carico per il calcolo delle masse sismiche (par D.M. 05). Esempio guidato 8 Pag. 6

7 I coefficienti sono definiti in automatico dal programma con il comando Definizione masse automatica. Nel corrente esempio i moltiplicatori dei casi di carico sono tutti definiti pari a 1. Premere il comando Fine per uscire dalla finestra di definizione dei casi di carico sismici. Esecuzione dell analisi Di seguito si realizza il salvataggio dei dati per il solutore e il lancio del solutore che esegue l analisi della struttura. Contesto Check dati di carico Per realizzare il controllo dei carichi applicati e permettere il proseguimento dell analisi. Contesto Salvataggio dati per l analisi Questo comando effettua il controllo generale dei dati inseriti e la scrittura dei file per l analisi; viene visualizzata la finestra Controllo dello stato - report in cui vengono riportate le risultanti dei carichi contenuti nei casi di carico. Contesto Esecuzione analisi In questa fase si ha l elaborazione dei dati del modello mediante il solutore Algor SUPERSAP. Al termine del processo di elaborazione dei dati, viene visualizzata la finestra Controllo dello stato che riporta i controlli effettuati sui dati ottenuti dal programma solutore. Premere il consueto tasto di chiusura della finestra. Esempio guidato 8 Pag. 7

8 Visualizzazione delle combinazioni Di seguito si realizza la visualizzazione delle combinazioni di carico per l analisi della struttura. La visualizzazione dei risultati può essere effettuata sui casi di carico e sulle combinazioni, mentre la progettazione avviene in base alle combinazioni di carico. Nel presente esempio non viene presentato il procedimento di definizione delle combinazioni, già illustrato in altri esempi guidati. Dati di carico Combinazioni Per visualizzare le combinazioni di carico già presenti nel corrente esempio. Al termine del controllo delle combinazioni generate premere il tasto Applica. Visualizzazione della rotazione rispetto alla corda Per le verifiche di deformabilità degli elementi/meccanismi duttili è necessaria la valutazione della rotazione rispetto alla corda θ. La capacità deformativa è definita con riferimento alla rotazione θ ( rotazione rispetto alla corda ) della sezione d estremità rispetto alla congiungente questa ultima con la sezione di momento nullo a distanza pari alla luce di taglio Lv=M/V. Tale rotazione è anche pari allo spostamento relativo delle due sezioni diviso per la luce di taglio. Contesto Visualizzazione risultati Vedi combinazione Per la visualizzazione del risultato Rotazione rispetto alla corda relativo alle combinazioni di carico. Attivare il comando Piano X-Z e fare clic sul nodo posto nell origine degli assi per isolare il telaio da verificare e premere il comando OK; chiudere la finestra con il comando x. Posizionarsi con i tasti di scorrimento sulla combinazione (ad es.) numero 3 Comb. SLU (con sisma) 3 e premere il seguente comando: Azioni D2 Rotazioni Rotaz. Corda 2-2 Esempio guidato 8 Pag. 8

9 Azioni D2 Rotazioni Rotaz. Corda 3-3 PRO_SAP utilizza il risultato Rotazione rispetto alla corda per l esecuzione delle verifiche degli elementi duttili. Assegnazione degli schemi di armatura Per effettuare la verifica degli edifici esistenti secondo il capitolo 11 dell O.P.C.M 3274 è necessario assegnare ad ogni elemento strutturale le armature longitudinali e trasversali che derivano da un rilievo dell edificio. Per assegnare le armature agli elementi strutturali è possibile: Effettuare una progettazione automatica degli elementi strutturali basandosi su ipotesi in accordo alle norme dell epoca di progettazione dell edificio e, ove necessario, modificare le armature realizzate in da PRO_SAP con il comando Edita Proprietà. Effettuare una progettazione esecutiva, adeguare gli esecutivi al rilievo ed effettuare una lettura degli esecutivi Leggere gli schemi armatura da un file di testo opportunamente formattato (si veda cap. 11 del manuale Esempio guidato 8 Pag. 9

10 di PRO_SAP) Assegnare gli schemi armatura ad ogni elemento strutturale (in questo esempio si è utilizzato quest ultimo metodo) Una volta assegnate le armature si procede con il controllo di accettazione del modello lineare e con le verifiche previste al capitolo 11. Contesto Assegnazione dati di progetto Nel Contesto di assegnazione dati di progetto è possibile, mediante il comando Edita proprietà assegnare, ad ogni elemento strutturale le relative armature. (Vedere cap. 11 del manuale di PRO_SAP). Nel corrente esempio gli schemi di armatura sono già assegnati agli elementi strutturali. Per controllare le armature assegnate è sufficiente utilizzare il comando Edita proprietà, facendo clic su un elemento. Premere il comando Edita proprietà e fare clic con il mouse sulla trave del primo impalcato del telaio posto nel piano x-z avente Y=0. Nella Tabella delle proprietà per elementi D2 visualizzare le armature, derivanti dal rilievo, assegnate all elemento. Nello stesso modo è possibile visualizzare gli schemi di armatura assegnati a tutte le travi e tutti i pilastri. Le modifiche effettuate nella finestra Tabella delle proprietà per elementi D2 sono applicabili solo sull elemento su cui si è fatto click, nel caso si utilizzi il comando applica, oppure sono applicabili ad una serie di elemeti D2 attraverso i comandi Setta Riferimento, seguito da Assegna schema armatura. Controllo di accettazione del modello lineare Per effettuare analisi lineari con spettro elastico, è necessario eseguire una accettazione del modello lineare, cioè verificare che il modello lineare sia applicabile (Par OPCM 3274). Esempio guidato 8 Pag. 10

11 Attivare il comando Visualizza tutto per visualizzare l intera struttura. Per eseguire l analisi di accettazione del modello del corrente esempio è necessario eseguire i seguenti comandi del Contesto di assegnazione dati di progetto: Premere il comando Racchiudi per ingrandire la parte di telaio oggetto di verifica. N.B. Il controllo di accettazione viene eseguito a scopo esemplificativo solamente su una porzione di struttura. Nella Tabella dei criteri di progetto Travi c.a. e Colonne c.a. è possibile controllare il contenuto della finestra Legami costitutivi, mediante il comando Leg.cost.. Nel corrente esempio la finestra contiene i valori tipici. Esempio guidato 8 Pag. 11

12 I criteri di progetto contenenti i legami costitutivi devono essere assegnati agli elementi della struttura. Attivare il comando Piano X-Z e fare clic sul nodo posto nell origine degli assi per isolare il telaio da verificare e premere il comando OK; chiudere la finestra con il comando x. Selezionare gli elementi strutturali con il comando Tutto. Eseguire la progettazione con il comando: Contesto Esecuzione progettazione Verifica 3274 Cap. 11 Viene visualizzata la finestra che richiede l assegnazione degli schemi, premere il comando Si. In questo modo il programma effettua una verifica delle armature che sono state assegnate attraverso gli schemi armatura e, in seguito, le verifiche previste dall ordinanza. N.B. Il comando richiede l attesa di un tempo variabile in base al numero di elementi selezionati. Al termine della prima fase di verifica compare la finestra che riporta la presenza di elementi D2 non verificati; Premere il tasto OK. Tale messaggio compare in quanto, nel corrente esempio, si è scelto di utilizzare un armatura derivante da un rilievo e sicuramente non verificata ai carichi sismici indotti dallo spettro elastico secondo l Ordinanza Tale armatura è comunque sufficiente ad ottenere la verifica della struttura secondo il Cap. 11 dell Ordinanza Nessuno per annullare la selezione. Al termine della verifica, è necessario eseguire i seguenti controlli: Travi cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Rapporto rho (acc.) Pilastri cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Rapporto rho (acc.) Consentono di eseguire la verifica di accettazione riportata nel primo punto del controllo di accettazione (paragrafo ). Nella tabella associata alla mappa di colore è riportato il valore, per ogni elemento, del rapporto rho (rapporto tra il momento flettente derivante dall analisi e momento resistente della sezione). Per la verifica è sufficiente controllare che il rapporto ρmax/ρmin (3.5/2.8), fra tutti gli elementi con ρi 2, non superi il valore 2.5. Esempio guidato 8 Pag. 12

13 Travi cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica fragili (acc.) Pilastri cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica fragili (acc.) Consentono di eseguire la verifica di accettazione riportata nel secondo punto del controllo di accettazione; Nella tabella associata alla mappa di colore è riportato il valore, di ogni elemento, del rapporto Di/Ci (domanda di taglio in rapporto alla resistenza a taglio degli elementi strutturali). Per la verifica è sufficiente controllare che tale valore sia minore di 1. Nel corrente esempio il modello lineare, come visualizzato nelle verifiche, risulta accettato. Esempio guidato 8 Pag. 13

14 Verifica degli elementi strutturali Di seguito è riportata la verifica degli elementi strutturali realizzata secondo quanto riportato nel cap. 11 dell OPCM Per la verifica degli elementi strutturali si esegue una distinzione fra elementi/meccanismi duttili e fragili. I primi si verificano controllando che la domanda non superi la corrispondente capacità in termini di deformazione. I secondi si verificano controllando che la domanda non superi la corrispondente capacità in termini di resistenza. Al termine della verifica di accettabilità è necessario eseguire i controlli riportati di seguito, dove i valori riportati nelle mappe di PRO_SAP rappresentano: Verifica duttili il rapporto tra la rotazione rispetto alla corda della sezione di estremità degli elementi e la capacità di rotazione definita al par OPCM Verifica fragili il rapporto tra la domanda di taglio (derivante dall analisi se ρi 1 oppure, se ρi > 1, dall equilibrio con la resistenza degli elementi/meccanismi duttili) e la resistenza a taglio come definita al par OPCM N.B. L elemento è verificato se il valore riportato è minore di 1. Travi cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica duttili (S.L. DS) La mappa mostra il rapporto tra la rotazione rispetto alla corda della sezione di estremità (visibile nel contesto visualizzazione risultati) e la capacità di rotazione, tale capacità di rotazione è fornita al paragrafo dell O.P.C.M n La verifica risulta soddisfatta se il valore riportato è minore di 1. Travi cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica fragili (S.L. DS) La mappa mostra il rapporto tra la domanda di taglio e la resistenza a taglio. Nell esempio in oggetto, a scopo dimostrativo, la verifica non risulta soddisfatta in quanto il valore riportato è maggiore di 1. In maniera analoga sarà necessario controllare che siano minori di 1 i valori dei seguenti risultati: Travi cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica duttili (S.L. CO) Esempio guidato 8 Pag. 14

15 Travi cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica fragili (S.L. CO) Travi cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica duttili (S.L. DL) Pilastri cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica duttili (S.L. DS) Pilastri cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica fragili (S.L. DS) Pilastri cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica duttili (S.L. CO) Pilastri cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica fragili (S.L. CO) Pilastri cls s.l. S.L. Cap. 11/3274 Verifica duttili (S.L. DL) Generazione delle stampe Attraverso il comanto Contesto Generazione stampe è possibile ottenere una relazione di calcolo con i risultati delle verifiche. Nella finestra Opzioni di stampa selezionare il capitolo Verifiche 3274 cap. 11. Si riporta, a titolo di esempio, un stralcio della relazione di calcolo. Nella prima tabella sono riportati i controlli per l accettazione: Esempio guidato 8 Pag. 15

16 Rapporti ρ per gli elementi duttili Verifiche di resistenza per gli elementi fragili. Nella seconda tabella sono riportati: Tipo di stato limite (Collasso, Danno Severo, Danno Limitato), e relativo codice di verifica Verifica elementi duttili Verifica elementi fragili Rotazione rispetto alla corda Rotazioni di riferimento (definite al paragrafo dell O.P.C.M n. 3274) Curvatura di snervamento e curvatura ultima Luce di taglio Taglio in direzione 2, Taglio in direzione 3 Rapporto Domanda/Capacità flessionali utili per la valutazione del taglio Esempio guidato 8 Pag. 16

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