UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTÀ DI INGEGNERIA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Civile Strutture PROGETTAZIONE ANTISISMICA DI UN EDIFICIO PREFABBRICATO INDUSTRIALE CON STRUTTURA PORTANTE IN ACCIAIO E TAMPONATURA CON PANNELLI MODULARI IN LAMIERA E POLIURETANO ESPANSO Relatore: Prof.ssa Barbara De Nicolo Correlatore: Dott. Ing. Monica Valdes Tesi di Laurea di: Marcello Tronci Anno Accademico

2 PROGETTAZIONE ANTISISMICA DI UN EDIFICIO PREFABBRICATO INDUSTRIALE CON STRUTTURA PORTANTE IN ACCIAIO E TAMPONATURE IN PANNELLI MODULARI IN LAMIERA E POLIURETANO ESPANSO. Le strutture prefabbricate ricoprono, in maniera sempre crescente, un ruolo fondamentale nell attuale panorama edilizio internazionale. I sistemi costruttivi prefabbricati hanno subito una significativa evoluzione tecnica e tecnologica che permette la costruzione di edifici liberamente componibili in termini di dimensioni, forma, funzione, e tipologia architettonica. Il comparto dei prefabbricati civili è costituito soprattutto dalle strutture commerciali e industriali. Nel passato più prossimo, infatti, le soluzioni prefabbricate sono state utilizzate quasi esclusivamente per la realizzazione di edifici caratterizzati dalla tipologia architettonica del capannone, con funzioni di tipo produttivo, artigianale, commerciale e sportivo. Le strutture prefabbricate consentono la realizzazione di edifici commerciali, industriali o per la logistica, di grandi e grandissime dimensioni e in tempi brevi. Questa tipologia costruttiva non fa venir meno la qualità dei materiali e delle soluzioni architettoniche, che si inseriscono in un edificio integrato e responsabile, dove ogni elemento costruttivo si relaziona perfettamente fin dalle prime fasi della progettazione per garantire rispetto dell'ambiente, risparmio energetico e conseguente contenimento delle spese, standard di efficienza in grado di assicurare la massima qualità dell'ambiente di lavoro. In generale, le imprese costruttrici cercano soluzioni tecniche ed architettoniche integrate, dalle elevate prestazioni per la scelta dei materiali e delle tecnologie utilizzate. La realizzazione di edifici industriali nasce e si concretizza in base alle migliori tecnologie e performance nel settore della prefabbricazione avanzata, un modo di pensare l edificio secondo la Progettazione integrata. 1

3 1. LA STRUTTURA 1.1. Costruzioni in acciaio: DM e EC3 Il primo aspetto importante riguarda la gamma degli acciai da carpenteria normalmente impiegabili, che è stata estesa dall acciaio S235 fino all acciaio S460. Così pure è stata introdotta una classificazione delle sezioni in termini di resistenza e capacità di rotazione, conforme all Eurocodice 3, cosicché l individuazione dei metodi di analisi strutturale e dei criteri di verifica applicabili risulta fortemente semplificata. Questa introduzione delle classi delle sezioni è in effetti uno degli aspetti più importanti della progettazione delle strutture in acciaio. In particolare, le proprietà dei materiali sono ulteriormente precisate in termini di incrudimento, allungamento percentuale a rottura e sovraresistenza. A ciascuna tipologia strutturale ricorrente, in funzione della classe di duttilità adottata - Alta (A) e Bassa (B) sono associati il corrispondente fattore di struttura q e le eventuali riserve plastiche α u /α Caso specifico di un capannone prefabbricato industriale in costruzione nella provincia di Cagliari nel territorio comunale di Sarroch Obiettivo: Progettare un edificio industriale prefabbricato con struttura portante in acciaio e tamponatura in pannelli sandwich modulari in lamiera e poliuretano espanso, riproducendo un modello di calcolo con l ausilio del software Straus7 e studiare il comportamento della struttura sotto azione sismica valutandone gli spettri di risposta a livello teorico. Dimensioni: Larghezza: m. 18,12 (est.parete) Lunghezza: m. 32,02 (est.parete) Altezza : m. 5,94 (min interna) Altezza: m. 7,90 (max al colmo) Superficie mq. 580,20 2

4 Il capannone è costituito da 9 portali di luce 18 metri posti ad interassi di 4 metri escluse le due testate aventi interasse di 3.87 metri. Il portale è costituito da due colonne HEA 160 di altezza 5.94 metri, e da una capriata costituita da elementi con sezione a tubo di dimensioni in mm 80 * 80 * 4 e di luce complessiva 18 metri. L orditura secondaria è costituita da arcarecci con sezione ad omega mm 120*60*30*3 ad interasse di 1,5 metri Una delle testate del prefabbricato presenta una zona riservata ad uffici con un primo piano costituito da un reticolo di travi tipo HEB160 e HEB200 che supportano tramite pioli di collegamento l orizzontamento in lamiera grecata tipo SOLAC 55 con spessore 1.2 mm e soletta collaborante in cls classe 25/30. I controventi verticali a croce di Sant Andrea previsti nella parte interna della colonna sono realizzati con profilati ad L dimensioni 45*45 mm aventi lunghezza di 6753 mm collegate alla costolatura della piastra di base avente spessore di 1.2 mm. La fondazione rialzata continua perimetrale sarà realizzata con CLS classe 25/30 armata con acciaio tipo B450 C. Sarà realizzata la messa in opera di un vespaio in misto di cava nello spazio delimitato dalla fondazione continua, per uno spessore di cm 10/30 compreso la stesura con terna e rullatura con 3

5 rullo vibrante, successivamente una platea realizzata in CLS 25/30 con inserita rete elettrosaldata in acciaio tipo B450 C con maglie di 20 cm e diametro Ф 6 mm. Verrà fornito e posato in opera un pavimento industriale con lo spolvero di apposito materiale sulla platea e levigatura della superficie. I tirafondi saranno costituiti da tasselli chimici o meccanici, barre filettate inghisate, atti al fissaggio delle colonne ai Cordoli in CLS classe 25/30. Le colonne portanti realizzate con profili HEA160 dotate di piastre basse atte all'ancoraggio tramite tirafondi e piastre alte atte al fissaggio delle capriate tramite bulloni. Tutte le superficie metalliche, dopo la costruzione e prima della posa in opera saranno trattate con zincatura a caldo, ottenuta tramite immersione in un bagno di zinco fuso a temperatura costante e raffreddamento in apposite vasche tale da garantire nessuna manutenzione. La struttura di baraccamento atta al sostegno dei pannelli di parete, sarà costituita da una intelaiatura in ferro scatolare zincato. La tamponatura laterale sarà realizzata con pannelli modulari sandwich, costituiti da due supporti in laminato d'acciaio zincato e preverniciato a fuoco su base di laminato a caldo, isolati termicamente con poliuretano espanso di tipo rigido di spessore 6 cm. Lo spessore totale del pannello è cm 6 mentre lo spessore della lamiera è 4/10 sia internamente che esternamente. Il montaggio del pannello avviene in senso orizzontale o verticale e sono inclusi i profili di contenimento e di finitura. Il manto di copertura sarà realizzato a due falde con pannelli coibentati del tipo sandwich costituiti da due supporti in laminato d'acciaio zincato e preverniciato grecato esternamente con spessore 4/10. Internamente il supporto metallico è liscio con spessore 4/10. Tra i due supporti metallici è inserita la schiuma poliuretanica espansa avente densità 40 Kg/m 3. Lo spessore totale del pannello è 4+4 cm di greca con coefficiente di isolamento termico K=0,50 Kcal/mq h C. Detti pannelli vengono appoggiati ortogonalmente agli arcarecci e parallelamente alle capriate, fissati tramite speciali gruppi di fissaggio compresi viti automaschianti, capellotti e rondelle di tenuta. Sopra i pannelli vengono fissati dei fogli in legno multistrato atti a ricevere le tegole canadesi fissate tramite chiodi e silicone. La struttura presenta i serramenti in alluminio anodizzato elettrocolore con parti vetrate in vetro antinfortunistico 3+3 cm. Sono previsti numero 02 portoni di cm 380 x 450 scorrevoli a due ante con struttura in tubolare d acciaio zincato e tamponatura con pannelli sandwich coibentati, completi di guida 4

6 inferiore, superiore e copri guida superiore e numero 02 porte esterne cieche di servizio di cm 90 x 210 completa di maniglione antipanico. Le finestre saranno numero dieci e avranno dimensioni di cm 200 x 100 con tre specchiature e wasistas centrale. Si considera per il calcolo strutturale un vincolo statico di incastro al piede L uso dell acciaio nella Struttura portante L acciaio sta assumendo sempre più un ruolo di primo piano nel settore delle costruzioni sia civili che industriali. La durata, la resistenza alla corrosione, le caratteristiche meccaniche, di resistenza al fuoco e l assenza di manutenzione nel tempo, così come l esigenza, sempre più attuale, del controllo della sostenibilità e dell impatto ambientale sia dei processi industriali che delle costruzioni realizzate, hanno posto l acciaio al vertice della classifica dei materiali da utilizzare. Non a caso progettisti, architetti e tecnici, sempre alla ricerca di nuove forme e di risposte alle esigenze di duttilità e libertà degli spazi hanno esaltato, negli ultimi anni, l impiego dell acciaio nelle costruzioni moderne, permettendo di limitare gli ingombri delle strutture, e ampliando le luci interne L uso dei pannelli prefabbricati sandwich nelle tamponature laterali e nella copertura La prefabbricazione pesante ha in passato consentito la realizzazione di edifici di grandi dimensioni, differenziandosi dalle costruzioni leggere per dimensioni, solidità, robustezza e resistenza, impiegando in ogni caso, minor tempo di realizzazione rispetto al sistema costruttivo tradizionale. Dagli elementi essenziali del cemento e del ferro è stato possibile ricavare i pannelli in cemento armato di diverse dimensioni per un uso sempre più diffuso nell edilizia. Attraverso l uso di questi pannelli prefabbricati impiegati per le facciate continue degli edifici si registrano enormi vantaggi quali la realizzazione di manufatti cromatici e morfologici di 5

7 dimensioni forma e spessori vari utilizzando sistemi collaudati di collegamento alla struttura portante dell edificio. La tecnologia di produzione dei pannelli prefabbricati permette di offrire ai progettisti una maggiore libertà di intervento che supera le standardizzate soluzioni di finitura attraverso l introduzione e l uso di pannelli in acciaio, un laminato preverniciato a base di resine ad alta flessibilità. Il pannello è definito tipo sandwich in quanto: - esternamente da supporto metallico in acciaio zincato e preverniciato opportunamente sagomato per garantire rigidezza, dello spessore variabile a seconda della richiesta mediamente da 0.2 mm a 0.8 mm; - internamente da un isolamento di resina poliuretanica espansa autoestinguente; Lo spessore totale del pannello varia dai 4 cm agli 8 cm in base alle prestazioni richieste e vengono predefinite in fase di produzione. I singoli pannelli vengono ancorati all edificio mediante una struttura di guide metalliche che varia in base al tipo di pannello che può presentare sui bordi una scanalatura idonea ad accogliere i profili del montaggio. Le guide vengono fissate a loro volta meccanicamente alla struttura del manufatto mediante sistemi di ancoraggio che possono permettere la regolazione del pannello e assicurare la stabilità della facciata. 6