UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTA' DI INGEGNERIA CORSO DI TEORIA E PROGETTAZIONE DELLE COSTRUZIONI IN ACCIAIO PROGETTO PER LA COSTRUZIONE DI UN CAPANNONE CON STRUTTURA METALLICA IN ACCIAIO NEL TERRITORIO PALERMITANO Professore Ingegnere: Nunzio Scibilia Assistente Ingegnere: Margherita Sacco Allievi Ingegneri: Gaetano Pupella Francesco Solazzo Anno Accademico 2001-200
APETTI FUNZIONALI Il seguente progetto prevede la realizzazione di un capannone industriale, ubicato a Palermo in zona sismica di II categoria come. La struttura avrà dimensioni in pianta di 60m 80m (A= 4800m 2 ) e sarà costituita dai seguenti elementi: Travi rovesce in c.a. per le opere di fondazione di dimensioni 60 100 cm Colonne in acciaio (Fe 430) sezione HEA 300 Struttura reticolare in acciaio costituita da : Briglia superiore ed inferiore (Fe 360) sezione 2L 120 80 10 Aste di parete (Fe 360) sezione 2L 70 7 Arcarecci (Fe 360) sezione UPN 140 Strutture di controvento laterali lungo lo sviluppo del capannone (Fe 360) sezione 2L 100 50 10 Copertura tipo Coverpan Tutti gli elementi saranno bullonati tranne la piastra nervata che sarà saldata alla colonna per realizzare il collegamento con la fondazione. Le colonne saranno collegate alla trave di fondazione attraverso un sistema di ancoraggio costituito da piastra nervata e tirafondi, ed alla capriata con un elemento di sezione 2L 120 80 10 per garantire un comportamento del nodo ad incastro. Questo affinché la struttura reticolare si scarichi trasferendo un aliquota di momento alla colonna. L asse forte della sezione trasversale delle colonne non avrà sempre la stessa direzione, infatti le colonne di testata saranno dirette con l inerzia maggiore nella direzione ortogonale alla capriata. La rotazione di tali sezioni è dovuto all eccessivo momento che nasce al piede delle colonne per effetto del vento. La lunghezza delle colonne varierà da 9m, per quelle esterne, a 10.5m per quelle interne. Le capriate sono undici, di lunghezza 60m. La luce è di 30m, infatti al centro della capriata vi è una colonna che riduce la luce da 60m a 30m. Gli arcarecci avranno una luce di 8m. I controventi di falda saranno disposti lungo le prime due capriate sia per realizzare il montaggio dell intero capannone, che per ridurre la luce libera di inflessione delle briglie nel piano della copertura. La copertura sarà vincolata agli arcarecci attraverso una bullonatura ad interasse di 1.5m.
La pendenza della copertura sarà del 5% per garantire uno rapido smaltimento delle acque meteoriche. All interno sarà predisposto un carroponte con capacità di sollevamento di 5t, in grado di servire solamente metà dell intero capannone.
ANALISI DEI CARICHI 1. Peso Proprio Il peso proprio della struttura sarà computato automaticamente dopo aver assegnato le dimensioni degli elementi. 2. Carico Permanente Pannelli di copertura 13 Kg/m 2 3. Carico accidentale (Decreto 16-01-1996 Norme tecniche relative ai Criteri generali per la verifica di sicurezza delle costruzioni e dei carichi e sovraccarichi ) NEVE La pressione della neve è data dalla seguente espressione: q S =m i q SK dove q S è il carico neve sulla copertura m i è il coefficiente di forma della copertura q SK è il valore di riferimento del carico neve al suolo Il carico agisce in direzione verticale ed è riferito alla proiezione orizzontale della superficie della copertura. A altezza sul livello del mare a S < 200m Angolo di inclinazione della falda rispetto all orizzontale a=2.86 Il carico neve al suolo assume il seguente valore q SK = 75 Kg/m 2 Il coefficiente di forma assume i seguenti valori m 1 =m 2 =m* 1 =0.8 Si ottengono due condizioni di carico: - Carico uniformemente distribuito su tutta la copertura pari a q S = 60 Kg/m 2 - Carico uniformemente distribuito su metà copertura pari a q S = 30 Kg/m 2
VENTO La pressione del vento è data dalla seguente espressione: p=q ref C e C p C d dove q ref è la pressione cinetica di riferimento C e è il coefficiente di esposizione C p è il coefficiente di forma C d è il coefficiente dinamico La pressione cinetica di riferimento dipende dalla velocità di riferimento del vento; dalla relativa espressione si ricava q ref =50 Kg/m 2 Il coefficiente di esposizione C e =2.4 Il coefficiente dinamico C d =1 Per il coefficiente dinamico si devono considerare due combinazioni per ogni direzione del vento. Questo è dovuto al valore del coefficiente dinamico interno C pi = + 0.2 Per la simmetria della struttura consideriamo solo un verso per ogni direzione. Vento in direzione x-x CP=0.2 CP=0.2 CP=1 CP=0.2 CP=0.6 CP=0.6 CP=0.6 CP=0.6
Vento in direzione y-y CP=0.6 CP=1.2 CP=1.2 4. Carico Termico DT=+ 25 C 5. Sisma L analisi sismica è stata realizzata con un analisi dinamica considerando i primi cinque modi propri di vibrare della struttura. I carichi così ottenuti, sono stati combinati affinché agiscano sulla struttura le massime sollecitazioni. Si sono considerate le seguenti combinazioni: 1) Z 1 (P.P.+N 1 +C.P.) 2) Z 2 (P.P.+N 2 +C.P.) 3) Z 1 +DT 4) Z 1 +DT+V x1 5) Z 1 +DT+V x2 6) Z 1 +DT+V y1 7) Z 1 +DT+V y2 8) Z 1 +DT+S x 9) Z 1 +DT-S x 10) Z 1 +DT+S y 11) Z 1 +DT-S y
VERIFICA DEI COLLEGAMENTI BULLONATI Caratteristiche degli elementi costituenti il collegamento: s amm = 2350 Kg/cm 2 Tensione ammissibile acciaio Fe 360 s amm = 2750 Kg/cm 2 Tensione ammissibile acciaio Fe 430 s b = 2400 Kg/cm 2 t b = 1700 Kg/cm 2 Tensione ammissibile nel bullone Tensione tangenziale ammissibile per il bullone A r = 1.57 cm 2 Area trasversale bullone Bulloni classe 6.6 F=16mm Dadi 5S (Gioco 1mm) UNIONE CAPRIATA-COLONNA
Verifica Bulloni tra l elemento 4 ed il 5 Questi sono sollecitati sia da sforzi normali che tangenziali. Il taglio sul singolo bullone è pari a V=9405/n b =1175.6 Kg dove n b è il numero di bulloni. Il momento agente in corrispondenza dei bulloni è somma di due aliquote, una data dal momento presente all estremo della sezione ed una ottenuta trasportando il taglio in corrispondenza della sezione dei bulloni. Il momento totale è M=1602675 Kg cm Questo produce uno sforzo normale di trazione sui bulloni, dei quali il più sollecitato presenta una sollecitazione pari a N=f (M/2.4)=1753 Kg Dove f è un coefficiente che tiene conto del numero di bulloni. t= V/(2 A r )= 374 Kg/cm 2 < t b s= N/A r = 1116.2 Kg/cm 2 < s b (t/t b ) 2 + (s/s b ) 2 = 0.41 < 1 Verifica elemento 5 Questo si deve verificare sotto lo sforzo normale considerando come sezione reagente quella campita in figura s= N/A = 1494 Kg/cm 2 < s amm A= 12.6 cm 2
Verifica a rifollamento La verifica prevede che s rif < a s amm dove a=m/d = 2.5 Elemento 4 essendo d il diametro del bullone m distanza del foro dal bordo libero s rif =864.4 Kg/cm 2 < a s amm Elemento 5 s rif =734.8 Kg/cm 2 < a s amm Verifica squadrette La sezione trasversale della squadretta superiore in corrispondenza dei bulloni è 24.2 cm 2 W= 2477.14 cm 3 da cui si ottiene s = 647 Kg/cm 2 t med = V/24.2 = 48.6 Kg/cm 2 Occorre verificare che: s id = (s 2 + 3t med 2 ) 1/2 =652.4 <s amm Verifica degli elementi e dei bulloni Elemento 1 Lo sforzo normale agisce lungo l asse baricentrico della sezione trasversale, mentre l asse del truschino ha un eccentricità rispetto a tale asse di 2.08 cm. Per effetto di questa eccentricità nasce un momento e quindi un azione tagliante aggiuntiva sui bulloni. V max = 16080/3 = 5360 Kg H max = f (V e/1.6) = 6968 Kg 2 R max = (V max + H 2 max ) 1/2 = 8791 Kg da cui si ottengono le seguenti verifiche: s rif =R max / d s = 5171 Kg/cm 2 < a s amm t= R max / (n b A r ) = 1866 Kg/cm 2 <t b n b =3 C=18.45 cm
s =16080 / [(C-d) s] = 960 Kg/cm 2 <s amm Elemento 2 Lo sforzo normale agisce lungo l asse baricentrico della sezione trasversale, mentre l asse del truschino ha un eccentricità rispetto a tale asse di 0.17 cm. Per effetto di questa eccentricità nasce un momento e quindi un azione tagliante aggiuntiva sui bulloni. V max = 6787/2 = 3393.5 Kg H max = f (V e/0.8) = 721 Kg 2 R max = (V max + H 2 max ) 1/2 = 3469 Kg da cui si ottengono le seguenti verifiche: s rif =R max / d s = 2041 Kg/cm 2 < a s amm t= R max / (n b A r ) = 1105 Kg/cm 2 <t b n b =2 C=7 cm s =6787 / [(C-d) s] = 1280 Kg/cm 2 <s amm NODO TRAVATURA RETICOLARE Il nodo è costituito dai seguenti elementi Verifica degli elementi e dei bulloni Elemento 1 Lo sforzo normale agisce lungo l asse baricentrico della sezione trasversale, mentre l asse del truschino ha un eccentricità rispetto a tale asse di 0.17 cm.
Per effetto di questa eccentricità nasce un momento e quindi un azione tagliante aggiuntiva sui bulloni. V max = 5796/2 = 2898 Kg H max = f (V e/0.8) = 616 Kg 2 R max = (V max + H 2 max ) 1/2 = 2963 Kg da cui si ottengono le seguenti verifiche: s rif =R max / d s = 1851 Kg/cm 2 < a s amm t= R max / (n b A r ) = 944 Kg/cm 2 < t b n b =2 C=5.77 cm s =5796 / [(C-d) s] = 1390 Kg/cm 2 <s amm Elemento 2 Lo sforzo normale agisce lungo l asse baricentrico della sezione trasversale, mentre l asse del truschino ha un eccentricità rispetto a tale asse di 0.17 cm. Per effetto di questa eccentricità nasce un momento e quindi un azione tagliante aggiuntiva sui bulloni. V max = 458/2 = 229 Kg H max = f (V e/1.6) = 97.3 Kg 2 R max = (V max + H 2 max ) 1/2 = 249 Kg da cui si ottengono le seguenti verifiche: s rif =R max / d s = 156 Kg/cm 2 < a s amm t= R max / (n b A r ) = 79.3 Kg/cm 2 <t b n b =2 C=5.77 cm s =458 / [(C-d) s] = 110 Kg/cm 2 <s amm
Elemento 3 Lo sforzo normale agisce lungo l asse baricentrico della sezione trasversale, mentre l asse del truschino ha un eccentricità rispetto a tale asse di 0.17 cm. Per effetto di questa eccentricità nasce un momento e quindi un azione tagliante aggiuntiva sui bulloni. V max = 6270/2 = 3135 Kg H max = f (V e/1.6) = 1332.4 Kg 2 R max = (V max + H 2 max ) 1/2 = 3406 Kg da cui si ottengono le seguenti verifiche: s rif =R max / d s = 2129 Kg/cm 2 < a s amm t= R max / (n b A r ) = 1085 Kg/cm 2 < t b n b =2 C=5.77 cm s =6270 / [(C-d) s] = 1503 Kg/cm 2 <s amm GIUNTO Il nodo è costituito dai seguenti elementi Verifica dell elemento 1 Questo è il più sollecitato dei due. V max = 7500/3 = 2500 Kg H max = f (V e/1.6) = 9750 Kg 2 R max = (V max + H 2 max ) 1/2 = 10065 Kg da cui si ottengono le seguenti verifiche: W = 68.2cm 3 s rif =R max / d s = 6290 Kg/cm 2 < a s amm s =M /W=147 Kg
t med = T/A= 1.4 Kg/cm 2 A=38.2 cm 2 s id = (s 2 + 3t 2 med ) 1/2 =147 Kg/cm 2 <s amm Relativamente ai bulloni si ha: t= R max / (n b A r 2) = 1068 Kg/cm 2 <t b n b =3 Verifica del Coprigiunto Questo ha le seguenti caratteristiche geometriche Per effetto del momento esso sarà assoggettato ad una sollecitazione pari ad S=M/3.192 =3132.8 Kg dove 3.192 è la distanza tra l asse baricentrico e la sezione di attacco dei due elementi. da questa si ottiene s =S /A=230 Kg/cm 2 < s amm dove A=13.6cm 2 Verifica della Squadretta Nell ipotesi che il coprigiunto non collabori a trazione si ha: s =N /A=7500/5.3=1415 Kg/cm 2 < s amm dove A=5.3 cm 2
COMPUTO METRICO ESTIMATIVO DEI PESI DELLA STRUTTURA L incidenza a metro quadrato della struttura risulta solitamente compresa nell intervallo 25-35 kg/m 2. Si è calcolato il peso globale della struttura pari a 16118,30 kg che diviso l area totale 60x80 = 4800, da un incidenza a m 2 165118,30/4800 = 34,00 kg/m 2, calcolata al netto delle squadrette, fazzoletti, piastre, e tirafondi. Si può eventualmente tenere conto incrementando del 10% il peso totale della struttura. L incidenza può essere migliorata sostituendo gli arcarecci con i profili laminati a freddo. Considerato il costo a kg della carpenteria metallica compreso il montaggio pari a 1,549 euro, il costo totale risulta 255829,455 euro.