Contents Page Introduzione 1 Geometria 3 Sistema resistente laterale 6 Sistema gravitazionale 10 Fondazioni 14 Credits 15 Figures Figure 1 Render Architettonico, Progetto CMR Figure 2 Primi livelli in fase di costruzione, Arup Figure 3 Livelli intermedi in fase di costruzione, Addamiano Engineering Figure 4 Pianta primi livelli, Arup Figure 5 Pianta livelli intermedi, Arup Figure 6 Pianta livelli superiori, Arup Figure 7 Sezione verticale del solo core in c.a., Arup Figure 8 Interpiano architettonico tipico (dimensioni in cm), Progetto CMR Figure 9 Travi estradossate di bordo lungo la facciata corta, Arup Figure 10 Sistemi strutturali per edifici in c.a. Figure 11 Layout architettonico piano tipo A, Progetto CMR Figure 12 Vista 3D degli elementi strutturali (vano scala e aperture solaio omessi), Arup Figure 13 Modellazione del sistema laterale, Arup Figure 14 Spostamenti orizzontali sotto carichi da vento, Arup Figure 15 Costruzione del solaio tipico, Arup Figure 16 Solai pieni - posa armature Bamtec, Arup Figure 17 Sistema di protezione rampante (RCS), Addamiano Engineering Figure 18 Particolare costruttivo Trasferimento acciaio-calcestruzzo al livello interrato, Arup Figure 19 Particolare costruttivo Giunto colonna-colonna, Arup Figure 20 Particolare costruttivo - Giunto colonna-solaio, Arup Figure 21 Vista globale della struttura, ArcelorMittal Figure 22 Armature della platea di fondazione, Arup Figure 23 Modellazione interazione terreno-fondazioni, Arup
Introduzione Cliente Project management Architetto Arup scope of work Dettagli del progetto Strutture Polo Tecnologico Brianza SPA Addamaniano Engineering, Nova Milanese (MI) Massimo Roj - Progetto CMR con lo studio Vigano' & Vigano ed Addamiano Engineering Ingegneria strutturale Progetto fondazioni e strutture verticali Edificio per uffici alto 24 piani, 92.5 m (altezza misurata dal piano di accesso principale alla torre all estradosso architettonico) realizzato a Desio (MI). 3 livelli interrati per ospitare locali impianti e magazzini con collegamento diretto al parcheggio adiacente. Area complessiva 26 000 m² della sola torre (ad esclusione della piazza e parcheggio interrato circostante, che fanno parte dello stesso progetto) Entrata a nord attraverso la galleria commerciale caratterizzata da una copertura trasparente ondulata. Solai piani in c.a. direttamente in appoggio sulle colonne in acciaio del tipo HD S460M. Tre nuclei centrali in c.a. Telaio architettonico di copertura in acciaio. Costruzione La sola struttura e stata completata nel 2009. La costruzione dell intera struttura e durata 11 mesi. La realizzazione del fitout e stato rimandato sino a data da confermarsi per via della crisi finanziaria mondiale iniziata nel 2008. Figure 1 Render Architettonico, Progetto CMR Page 1
Il concept strutturale della torre uffici Desio è semplice in principio, caratterizzato da percorsi di carico chiaramente identificabili. Tale chiarezza funzionale è uno dei punti di forza del progetto strutturale dell edificio conferendogli numerosi vantaggi, tra cui quello della relativa facilità del conseguimento dei criteri di sicurezza strutturale richiesti per edifici di queste dimensioni, elevata costruibilita con minimi tempi di messa in opera delle parti strutturali. La semplicità dello schema statico della torre Desio è tanto più evidente se si osserva il complesso degli elementi strutturali largamente documentati e chiaramente visibili grazie al gap temporale che intercorre tra la costruzione della struttura e il montaggio degli elementi di finitura interna e di facciata. Il fit-out, infatti, verra realizzato a completa ultimazione della struttura. Figure 2 Primi livelli in fase di costruzione, Arup Figure 3 Livelli intermedi in fase di costruzione, Addamiano Engineering Page 2
Geometria La regolarità strutturale della torre è conseguenza di una geometria semplice e pulita voluta dagli architetti di Progetto CMR che consiste in un rettangolo caratterizzato da un lato minore di dimensione in pianta costante pari a 24 m e l altro dal basso verso l alto che si restringe a gradoni passando da 46 m a 32 m per poi chiudersi a 24 m (vedi le piante strutturali qui sotto riportate). Figure 4 Pianta primi livelli, Arup Figure 5 Pianta livelli intermedi, Arup Figure 6 Pianta livelli superiori, Arup L altezza misurata dal livello di accesso agli uffici tramite gli ascensori fino all ultimo livello accessibile agli utenti della torre (così come previsto dai criteri di misurazione stabiliti dal Page 3
Council on Tall Buildings and Urban Habitat) è pari a 88 m. Tale altezza superiore ai 50 m, comunemente assunti, classifica l edificio Polo Eccellenza Desio come edificio alto. Figure 7 Sezione verticale del solo core in c.a., Arup Tali caratteristiche dimensionali permettono di calcolare per la torre Desio una snellezza del solo nucleo con un rapporto massimo altezza/larghezza pari a circa 4.5:1, valore piuttosto modesto, se confrontato con la snellezza raggiunta negli ultimi tempi da numerosi edifici alti in tutto il mondo, ma che comporta una generale assenza di eccessive amplificazioni dinamiche della struttura sotto i carichi da vento. Lo spessore del solaio del piano tipo è pari a 250 mm con l introduzione di una trave estradossata di bordo lungo i lati minori in pianta dell edificio per limitare le inflessioni prodotte dal peso della facciata più pesante lungo questi lati e da discontinuità strutturali. Page 4
L altezza di interpiano e pari a 3.68 m e una luce netta al finito di 2.70 m così come indicato nella sezione seguente. Figure 8 Interpiano architettonico tipico (dimensioni in cm), Progetto CMR Figure 9 Travi estradossate di bordo lungo la facciata corta, Arup Page 5
Sistema resistente laterale Il sistema resistente ai carichi laterali è rappresentato dal gruppo di pareti in calcestruzzo armato, assemblate in modo da comporre 3 nuclei indipendenti che ospitano scale, ascensori e cavedii per impianti. Dal momento che l altezza dell edificio non supera i 200 m, il sistema a core centrale risulta il sistema classico usualmente utilizzato per edifici di tali dimensioni. Esistono diversi sistemi strutturali alternativi per edifici in c.a. Ad ogni sistema la letteratura assegna un numero approssimato massimo di piani entro il quale il sistema risulta vantaggioso dal punto di vista economico per ciò che concerne le quantità di materiale utilizzate, come mostrato nella figura successiva. Figure 10 Sistemi strutturali per edifici in c.a. Il sistema più appropriato nel caso in esame (24 piani) è quello a pareti di taglio (nuclei) e solette piene in c.a. (flat slabs). I nuclei lavorano essenzialmente come mensole incastrate alla fondazione. Esse funzionano verticalmente come sistema assemblato di pareti connesse o nuclei attorno agli ascensori, scale, cavedii impianti (vedi figure successive). Figure 11 Layout architettonico piano tipo A, Progetto CMR Page 6
Figure 12 Vista 3D degli elementi strutturali (vano scala e aperture solaio omessi), Arup I carichi orizzontali del vento, incidenti sulla facciata, sono trasferiti ai nuclei centrali per mezzo del sistema di solai, e da questi fino in fondazione. Nel caso della torre Desio il sistema a nuclei centrali è stato preferito al sistema a telaio a spaziatura. Secondo lo schema architettonico proposto, il sistema a pareti risulta in un minor spreco di materiale impiegato a parità di rigidezza, anche fino a 35-40 piani. L uso dei nuclei garantisce pure una miglior insonorizzazione acustica dei servizi ospitati al loro interno e agisce come elemento taglia fuoco tra gli uffici e le scale. La struttura della torre così scelta è stata progettata dallo studio di ingegneria Arup Italia di Milano per resistere alle azioni orizzontali calcolate secondo il D.M. del 14/01/2008, la più recente normativa italiana in materia di costruzioni. Di pari passo con l avanzamento del progetto, la struttura è stata analizzata avvalendosi di modelli sempre più complessi e specifici mirati allo studio complessivo e di dettaglio dell insieme strutturale. Le analisi sono state realizzate utilizzando il programma agli elementi finiti Oasys GSA (General Structural Analysis), software in-house Arup. L analisi lineare dinamica modale ha permesso di estrapolare le caratteristiche dinamiche della struttura. Tali risultati sono stati controllati per mezzo di una verifica numerica incrociata che ha sfruttato formule approssimate reperibili da letteratura e da codice. L output validato di tale analisi è servito per quantificare, attraverso l analisi a spettro di risposta, gli effetti del sisma da codice sulla struttura. E stato possibile utilizzare lo spettro contenuto in normativa dal momento che i periodi fondamentali della torre non superano i 4 secondi, limite imposto dal decreto italiano oltre il quale l azione sismica deve essere descritta mediante accelerogrammi. Page 7
Figure 13 Modellazione del sistema laterale, Arup I carichi da vento sono stati calcolati da codice italiano, sfruttando l Eurocodice per i parametri non direttamente esplicitati nel primo documento. Ai fini della valutazione dei carichi globali da vento agenti sull edificio, non è stata ritenuta necessaria l analisi in galleria del vento che generalmente è raccomandata per edifici soggetti a importanti effetti dinamici, geometrie complesse, ecc. Inoltre forme prismatiche regolari, come regola comunemente accettata, possono essere considerate candidate a prove in galleria del vento quando l altezza supera il range che va dai 40 ai 50 piani. Il layout dei core inoltre, è in prima approssimazione doppiamente simmetrico in pianta rispetto ai baricentri delle facciate cosicché nessun eccessivo effetto torsionale parassita nasce per effetto dei carichi da vento applicati uniformemente in facciata. Figure 14 Spostamenti orizzontali sotto carichi da vento, Arup Page 8
A causa della bassa sismicità che caratterizza il sito di Desio e delle piccole masse dinamiche in gioco, i carichi da vento governano su quelli del sisma in entrambe le principali direzioni, come mostrato nella figura successiva. L esito di tale confronto non sorprende dal momento in cui la prevalenza del vento sul sisma è una caratteristica comune a tutti gli edifici alti in zona a bassa sismicita. In genere dunque, gli effetti statici del vento diventano preponderanti all aumentare dell altezza e della snellezza dell edificio: i momenti flettenti da vento crescono tipicamente con il parametro altezza al cubo, mentre i momenti flettenti da analisi sismo-elastica difficilmente crescono con il parametro altezza ad una potenza maggiore di 1.25. M yy Vento versus Sisma (SLU) M xx Vento versus Sisma (SLU) Nei diagrammi sopra: Wx, Wy Edx, Edy Vento in direzione X, Y Sisma di progetto in direzione X, Y Page 9
Sistema resistente gravitazionale Fin da subito le esigenze di progettazione imposte ad Arup Italia sono state da parte del cliente quella di avere dimensioni strutturali ridotte in modo da ottenere piu spazio possibile da destinare agli uffici e da parte dell impresa quella di facilitare e velocizzare la costruzione. Tali necessità tuttavia si scontravano con i carichi elevati da portare in fondazione per mezzo delle colonne e nuclei centrali, ai quali è assegnata anche la funzione di assorbire le azioni orizzontali. Tale insieme di condizioni a contorno ha spinto il progettista strutturale all uso di materiali ad alta resistenza. Su questa base sono state utilizzate delle colonne in acciaio con grado S460M di ArcelorMittal prodotte negli stabilimenti lussemburghesi di Belval & Differdange. L utilizzo di tale materiale fa della torre Desio uno dei primi esempi applicativi di questa qualità di acciaio in Italia. Tale scelta ha portato diversi vantaggi: minimizzato i tempi di messa in opera dei solai (tempo medio di realizzazione di un singolo livello pari a 2 settimane), elevati standard di produzione, di controllo e di verifica anche fuori cantiere, minore impatto architettonico e maggior spazio usufruibile in pianta. Il grado S460M, infatti, permette di utilizzare l acciaio a una tensione di snervamento superiore rispetto ai due tradizionali gradi S275 (ex-fe430) ed S355 (ex-fe510). Il sistema in esame richiede che le colonne soddisfino requisiti di sola resistenza e non rigidezza assiale dal momento che si assume che siano i soli cores a provvedere alla stabilità laterale dell edificio. Il grado S460M quindi soddisfa a pieno il requisito di resistenza diminuendo le dimensioni strutturali delle colonne a vantaggio dello spazio da destinare agli uffici. Figure 15 Costruzione del solaio tipico, Arup Al fine di ridurre le dimensioni degli elementi verticali in c.a. (nuclei e setti) è stato adottato anche un grado di calcestruzzo dalle performance superiori di resistenza a compressione rispetto a quelle comunemente scelte per edifici bassi. Si è quindi preferito per i nuclei un calcestruzzo di classe C45/55 (resistenza cilindrica/cubica a compressione pari a 45/55Mpa) dalle fondazioni al livello 9. Questa scelta permette di ricavare spessori ragionevoli delle pareti in funzione dei carichi gravitazionali agenti sui nuclei e combinati a quelli del vento. La resistenza inoltre è stata tarata in base al grado di calcestruzzo utilizzato per le fondazioni (C32/40) e per i solai (C28/35) in modo da non avere problemi particolari di interfaccia tra materiali di grado diverso che richiedessero precauzioni troppo onerose rallentando infine il processo di costruzione. Per massimizzare la velocità di messa in opera è stata altresì adottata per i solai pieni in c.a. la tecnologia Bamtec. Tale scelta strategica sviluppata da CSE è stata selezionata fin dalle fasi preliminari di concept da parte del cliente Addamiano Engineering per permettere Page 10
di posare le armature dei solai in tempi assolutamente inferiori e con precisione superiore rispetto alle tecnologie più tradizionali. Figure 16 Solai pieni - posa armature Bamtec, Arup La torre Desio inoltre è uno dei primi esempi nell area milanese d utilizzo con successo di tecnologie di pompaggio del calcestruzzo in quota. Ciò è stato reso possibile grazie ad un attento mix design che il cliente ha commissionato all impresa Farina Calcestruzzi e che è stato accuratamente monitorato dalle imprese costruttrici Addamiano Costruzioni e Minerva Costruzioni. La realizzazione della torre inoltre è stata agevolata dall impiego del sistema di protezione rampante della società Peri che ha permesso agli addetti di cantiere di operare in piena sicurezza con un apparenza di estrema pulizia visiva del sito assicurando al cliente la riduzione dei tempi di costruzione. Figure 17 Sistema di protezione rampante (RCS), Addamiano Engineering Page 11
Figure 18 Particolare costruttivo Trasferimento acciaio-calcestruzzo al livello interrato, Arup L acciaio ed il CLS lavorano in maniera composta ai piani base per garantire, in primo luogo un ancora più soddisfacente grado di resistenza a compressione degli elementi verticali ed in secondo luogo una elevata protezione (intrinseca) al fuoco. Il disegno di dettaglio mostra come i carichi verticali sono trasferiti dalla colonna sovrastante in solo acciaio a quella composta sottostante. Connettori a taglio saldati alle anime e flange dei profili in aggiunta ad un adeguata staffatura sono studiati per scaricare gradualmente dai pesi della sovrastruttura la colonna in solo acciaio a favore della colonna composta. Questi elementi così concepiti permettono anche di semplificare il dettaglio costruttivo necessario all impermeabilizzazione dell interfaccia acciaio-calcestruzzo ai piani interrati. Figure 19 Particolare costruttivo Giunto colonna-colonna, Arup La torre Desio, 90m in altezza, è stata realizzata con un budget per i soli elementi strutturali che si aggira sui 350 /mq, durata di 11 mesi (primo getto della platea di fondazione 9 ottobre 2008, getto dell ultimo solaio, livello 24, 3 settembre 2009). Tale intervallo temporale Page 12
è considerato competitivo se rapportato ad altri progetti simili in Italia. Lo stesse periodo di tempo è altrimenti stimato per una pari struttura concepita esclusivamente in calcestruzzo di 60m d altezza. Questo progetto è un esempio concreto di come si possano sfruttare in sinergia le moderne tecnologie delle costruzioni in acciaio e calcestruzzo. Figure 20 Particolare costruttivo - Giunto colonna-solaio, Arup Figure 21 Vista globale della struttura, ArcelorMittal Page 13
Fondazioni La progettazione geotecnica condotta da Arup include la progettazione della fondazione superficiale e l intervento di miglioramento del terreno mediante trattamento di jet-grouting con tecnica d iniezione mono e bi-fluido. Figure 22 Armature della platea di fondazione, Arup Al progetto dell intervento di jet-grouting, Arup ha supervisionato anche alle seguenti attività: Assistenza in cantiere Monitoraggio del campo di prove in cantiere Supervisione dei test di collaudo in laboratorio e cantiere Il basamento di fondazione ha dimensioni in pianta pari a 50 25 m, spessore 1.4 m ed è posto a 9 m di profondita dal piano di campagna originario. La progettazione della platea è stata condotta con l applicativo GSA-Raft, in grado di analizzare l interazione terrenostruttura basata sull approccio progettuale previsto dal DM 14 gennaio 2008. Figure 23 Modellazione interazione terreno-fondazioni, Arup Page 14
Credits Cliente: Polo Tecnologico Brianza: Giosue Addamiano (amministratore unico). Project management: Addamiano Engineering: Emanuele Formenti, Emiliano Rossetto. Progetto Architetto: Massimo Roj - Progetto CMR con lo studio Vigano' & Vigano ed Addamiano Engineering Strutture e geotecnica: Arup (strutture verticali e fondazioni): Maurizio Teora, Ambrogio Angotzi, Luca Buzzoni, Lorenzo Marengo, Angelo Mussi, Riccardo Abello, Mario Rossato, Vito Sirago. CSE (progettazione solai): Daniele Mietto. Impianti: Tekser: Guido Davoglio. Collaudatore: DLC: Franco Cislaghi, Stefano Borsani. Costruzione Strutture in c.a.: Addamiano Costruzioni in partnership con Minerva Costruzioni e Farina Calcestruzzi: Luigi Trotta, Paolo Mascetti. Strutture metalliche: Arcelor Mittal Commercial Long Italia: Mauro Sommavilla. Cometal: Franco Berselli. Direzione Lavori: Emanuele Formenti (DL generale), Giuseppe Fontana (DL strutturale). Page 15