Laboratorio di progettazione strutturale A.A. 2009/2010 Costruzioni in acciaio in zona sismica II Prof. Ing. Andrea Dall Asta Università di Camerino Dipartimento di PROgettazione e Costruzione dell Ambiente e-mail:andrea.dallasta@unicam.it
Edifici in acciaio - criteri di verifica Aspetti generali Edifici con controventi concentrici Edifici con controventi eccentrici Edifici a telaio Edifici a pendolo invertito
Controventi eccentrici Classe duttilità ALTA q=au/ay 5.0 au/ay = 1.2 Classe duttilità BASSA q = 4.0
Controventi eccentrici No condizioni geometriche sul dimensionamento Rigidezza controllabile (SLD vento) Specializzazione strutturale B/H meno influente sul progetto (no vincoli sul progetto della trave dissipativa) Compatibilità architettonica migliore Comportamento statico semplice
Confronto concentrici-eccentrici Controventi eccentrici
Controventi eccentrici Eccentricità limite e lim = 2.0 M l,rd /V l,rd (link simmetrico) e lim = (1+ a) M l,rd /V l,rd (link non simmetrico, a=m l,min / M l,rd ) Classificazione link corto e<1,6m l,rd /V l,rd <0.8(1+ a) M l,rd /V l,rd link intermedio 1,6 M l,rd /V l,rd < e <3M l,rd /V l,rd link lungo e >3M l,rd /V l,rd >1.5(1+ a)m l,rd /V l,rd M l,rd resistenza flessionale di progetto M l, Rd f y bt f h t f V l,rd resistenza a taglio di progetto V f h t / 3 l, Rd y w f t N Sd trascurabile se <0.15 N pl,rd
Controventi eccentrici Dimensione link per profili usuali SEZIONE W (cm 3 ) A w (cm 2 ) M Rd V Rd M Rd /V Rd link corto se e(m) <: link lungo se e(m) >: IPE 300 557 19,78 153 314 0,49 0,78 1,46 HEA 160 220 8,04 61 128 0,47 0,76 1,42 HEA 220 515 13,16 142 209 0,68 1,08 2,03 HEA 240 675 15,45 186 245 0,76 1,21 2,27 HEA 320 1480 25,11 407 399 1,02 1,63 3,06 HEB 160 311 10,72 86 170 0,50 0,80 1,51 HEB 200 570 15,3 157 243 0,65 1,03 1,94 HEB 220 736 16,92 202 269 0,75 1,21 2,26 HEB 240 938 20,6 258 327 0,79 1,26 2,37 HEB 260 1150 22,5 316 357 0,89 1,42 2,66 HEB 280 1380 25,62 380 407 0,93 1,49 2,80 HEB 300 1680 28,82 462 458 1,01 1,62 3,03 HEB 320 1930 32,085 531 509 1,04 1,67 3,13 HEB 360 2400 39,38 660 625 1,06 1,69 3,17 HEB 400 2880 47,52 792 754 1,05 1,68 3,15
Controventi eccentrici Gerarchia delle resistenze Gerarchia delle resistenze Resistenza del Link (contributo soletta e meccanismi locali) Link corto Link lungo V u =1,5*V l,rd (M l,sd ) M u =1,5*M l,rd (V l,sd ) M max = V u e/2 V max = 2M u /e Coefficienti di sovraresistenza dei link Link corto Link lungo i 1.5V V l, Rd, i Ed, i Condizione di regolarità i,max i,min 1.25 Coefficiente sovraresistenza globale min i ;q i 1.5M M l, Rd, i Ed, i
Controventi eccentrici Gerarchia delle resistenze Gerarchia delle resistenze Resistenza altri elementi (trave-colonna-diagonali) N Rd (M Ed ) > N Ed = N Ed,G + 1.1g Rd N Ed,E M Ed = M Ed,G + 1.1g Rd M Ed,E N Ed,G, M Ed,G = Sollecitazioni non sismiche N Ed,G, M Ed,G = Sollecitazioni sismiche
Controventi eccentrici Dettagli Regole di dettaglio Instabilità ali e flessotorsionale (link lunghi e intermedi) Irrigidimenti a distanza 1.5 b f dal nodo (a tutta altezza) Instabilità anima (link corti) Irrigidimenti d anima alle estremità ed intermedi, spessore t>tw, t>10mm Larghezza bf/2-tw Nei link corti con travi piccole (h<600mm) si possono disporre su un solo lato con altezza >3/4hw
Controventi concentrici - GR Gerarchia resistenze semplificata - Dimensionamento a taglio (link corti) o flessione (link lunghi) della trave con sollecitazioni di calcolo - Dimensionamento di travi, pilastri e collegamenti dei controventi con coefficienti di sovraresistenza (=1) S Rd > S Ed = S Ed,G + 1.1g Rd N Ed,E S Ed,G = Sollecitazioni non sismiche S Ed,E = Sollecitazioni sismiche
Edifici in acciaio - criteri di verifica Aspetti generali Edifici con controventi concentrici Edifici con controventi eccentrici Edifici a telaio
Telai Rigidezza bassa (SLD vento - instablità) Specializzazione strutturale (telai diversificati-luci ridotte) Compatibilità architettonica massima Comportamento statico complesso Collegamenti onerosi Telaio spaziale Telaio perimetrale Telaio perimetrale parziale
Collegamenti saldati (3D) Telai - collegamenti
Telai - collegamenti Collegamenti bullonati (2D) Collegamenti bullonati (3D)
Telai zone dissipative Zone dissipative telai Classe duttilità ALTA q=au/ay 5.0 au/ay = 1.1-1.3 Classe duttilità BASSA q = 4.0
Nodo Zona dissipativa = zona in prossimità dei nodi Componenti (diversa duttilità) Nodo : pannello a taglio (duttile) Nodo : piatti di continuità Collegamento : trave-pilastro (duttile) Collegamento : pilastro-pilastro Membratura : trave (duttile) Membratura : pilastro
Pannelli nodali Pannelli nodali Piatti di continuità Evitare concentrazioni vicino anima pilastro Ripartizione uniforme taglio sul pannello Pannello a taglio Elemento dissipativo (in serie con trave) Incrudimento sensibile Cicli plastici stabili
Pannelli nodali Pannelli nodali Sollecitazioni di progetto NTC 2009 considera zona non dissipativa gerarchia resistenze M pl, Rd hb t f V g wp, Rd Rd 1 hb t f H h V V V wp,rd = resistenza di progetto anima Aw fy /3 0.5 M pl,rd h b t f H M pl Rd pl travi,, hb t f M pl Rd Sd pilastri,, H hb b = resistenza plastica di progetto delle travi = altezza trave = spessore flange = altezza interpiano Nota: nella circolare 2009 non c è il fattore 1.1
Pannelli nodali Pannelli nodali Resistenza di progetto V min ( Vvb, Rd, Vvp, v, Rd Rd ) V vp,rd V vb,rd = resistenza plastica = resistenza instabilità V f 3 f y y vp, Rd AVC 1 V vb, Rd Vvp, Rd se 2 hw 72 235 t f yk altrimenti EC3-1-5 Nota: piatti di continuità obbligatori per collegamenti saldati
Collegamento Trave-pilastro Collegamento trave-colonna (Northridge earthquake 1994) Connessione mista (bullonatura+ saldatura) Strappi lamellari (forza ort. direzione di laminazione) Personale non qualificato / sald. In opera Saldatura inferiore interrotta Frattura indotta dal piatto di appoggio Impalcato a struttura mista
Collegamento Trave-pilastro Collegamento trave-colonna Collegamento sovra-resistente Trave indebolita (dog-bone)
Collegamento Trave-pilastro Collegamento con trave indebolita M Sd W RBS M f Sd yd c W WRBS 2( h e) e a deve essere tale che la cerniera plastica non si allontani molto dal pilastro b tale da garantire una sufficiente capacità rotazionale alla cerniera plastica per assicurare la formazione del meccanismo globale. EC8 0,75 h b f a 6 b 1 0,5 b f b h
Collegamenti pilastri Collegamento trave-colonna (non dissipativo) M j,rd > 1.1 g Rd M b,pl,rd (o saldature di I classe) M j,rd = resistenza di progetto del collegamento M b,pl,rd = resistenza plastica di progetto flessionale della trave g Rd = sovraresistenza materiale Collegamento colonna fondazione (non dissipativo) M C,Rd > 1.1 g Rd M c,pl,rd (N Ed ) M C,Rd = resistenza di progetto del collegamento M c,pl,rd = resistenza plastica di progetto della base della colonna N Ed g Rd = sollecitazione assiale di progetto = sovraresistenza materiale
Travi e pilastri prescrizioni generali Cerniere plastiche alle estremità delle travi N Sd e V Sd non devono ridurre la duttilità delle travi M Ed < M pl,rd N Ed < 0.15 N pl,rd V Ed,G + V Ed,M < 0,5 V pl,rd (travi collegate ai controventi di piano) (taglio azioni verticali+taglio momenti resistenti) (travi corte e HE) Taglio sui pilastri M RdA A qmax Gk 2i Q k B M RdB V Ed < 0,5 V pl,rd L
Sovraresitenza delle cerniere plastiche M pl,rd,i = resistenza plastica di progetto della cerniera M Ed,i = sollecitazione di progetto della cerniera Edifici in acciaio - criteri di verifica i M M pl, Rd, i Ed, i Coefficiente di sovraresistenza globale min i ;q Sollecitazioni di progetto elementi non dissipativi (colonne) N Ed = N Ed,G + 1.1 g Rd N Ed,E M Ed = M Ed,G + 1.1 g Rd M Ed,E V Ed = V Ed,G + 1.1 g Rd V Ed,E S Ed,G = sollecitazione dovuta ai carichi verticali S Ed,E = sollecitazione dovuta al sisma g Rd = sovraresitenza materiale Gerarchia resistenza locale trave-pilastro S M c,pl,rd (N c,e d ) > g RD S M b,pl,rd g RD = 1.3 / 1.1 AD / BD
Esempio telaio Dimensioni 28 x 14 m 2 G k = 4,71 kn/m 2 (1;2;3;4) G k = 4,16 kn/m 2 (5) Q k = 3,00kN/m 2 (1;2;3;4;5) Azione del sisma: Cat. suolo di fond. C Zona sismica 1 ag 0,35g Fatt. di import. 1,00 5 piani; H tot =17,50 m; H int =3,50 m Il paragrafo 4.11.2 dell OPCM 3431 definisce lo spostamento limite di interpiano: Per edifici con tamponamenti collegati rigidamente alla struttura che interferiscono con la deformabilità della stessa si avrà; dr =0,005 h int Acciaio Strutturale per le TRAVI Tipo S235 (Fe 360) f yk = 235 N/mm 2 f u = 360 N/mm 2 γ Rd =1,15 E S = 210000 N/mm 2 Acciaio Strutturale per i PILASTRI Tipo S355 (Fe 510) f yk = 355 N/mm 2 f u = 510 N/mm 2 γ Rd =1,1 E S = 210000 N/mm 2
S(T)/g Progetto con sezioni indebolite Sezioni indebolite Spettri di risposta Se/g Sd/g 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 Periodo T (s)
Progetto con sezioni indebolite Nodo
Progetto con nodi semirigidi Rigidezza Rotazionale 2 Ez S j, ini n 1 i 1 K i Nodi semirigidi Resistenza- Momento Resistente M j, Rd hr Ftr, Rd r Difficoltà nel progetto contemporaneo della rigidezza (Msd) e della resistenza Mrd
Progetto con nodi semirigidi Nodo
Progettazione sismica Comportamento dissipativo (7.2) - Gerarchia delle resistenze semplificata - Dimensionamento a flessione delle travi con sollecitazioni di calcolo - Dimensionamento a taglio delle travi, progetto a flessione e taglio dei pilastri, progetto dei collegamenti con sollecitazioni amplificate con i coefficienti di sovraresistenza (=1) S Rd > S Ed = S Ed,G + 1.1g Rd N Ed,E S Ed,G = Sollecitazioni non sismiche S Ed,E = Sollecitazioni sismiche
Laboratorio di progettazione strutturale A.A. 2009/2010 Costruzioni in acciaio in zona sismica II Prof. Ing. Andrea Dall Asta Università di Camerino Dipartimento di PROgettazione e Costruzione dell Ambiente e-mail:andrea.dallasta@unicam.it