Strutture in acciaio - Angelo Biondi

Strutture in acciaio
A seguito degli eventi sismici più disastrosi verificatisi in passato le strutture in acciaio
hanno resistito meglio di quelle in c.a.
Ancora adesso usualmente le strutture in acciaio risentono meno delle azioni sismiche
rispetto alle strutture in c.a.
e questo perché:
Sono leggere
Sono state progettate tenendo conto
della azioni laterali del vento
Per tali ragioni il D.M. ’08 consente di progettare strutture in acciaio senza tenere conto
degli effetti benefici legati al comportamento non lineare (duttilità)

Strutture in acciaio
Nel D.M. ’08 sono previste due categorie di strutture acciaio, aventi
differenti comportamenti sotto l’evento sismico
Strutture dissipative
Strutture non dissipative

Strutture non dissipative
Le strutture non dissipative devono
essere progettate per rimanere in
campo elastico anche sotto sismi
severi (Spettri di progetto per gli S.L.U.)
Tale criterio di progettazione non sarebbe pensabile per le strutture in c.a.,
perché a seguito delle masse elevate si otterrebbero forze sismiche non
equilibrabili dalla struttura

Vantaggi
Strutture non dissipative
È ammesso un calcolo in campo elastico lineare (non si considera in
alcun modo il campo plastico del materiale)
La progettazione procede secondo le solite consuetudini degli edifici in
acciaio e senza particolari prescrizioni nella verifica delle aste o dei
collegamenti (con la sola differenza di adottare verifiche agli S.L.U.)
I vantaggi della scelta di realizzare
strutture non dissipative
risiedono tutti nella semplicità della
progettazione e della realizzazione
della struttura

Svantaggi
Strutture non dissipative
L’unico svantaggio è che deve essere adottato un fattore di struttura
q = 1 (Eurocodici q = 1.5), con conseguente elevato valore
dell’accelerazione sismica di progetto
Tale disposizione imposta dal D.M. ‘08 è una diretta conseguenza
dell’avere scelto la categoria delle strutture non dissipative, progettate
per rimanere sempre in campo elastico, senza alcuna capacità di
dissipare energia

Strutture dissipative
Queste strutture sono in grado di dissipare energia a seguito della loro
duttilità evolvendo in campo plastico
È possibile ottenere valori anche elevati del fattore di struttura (1

Svantaggi
Strutture dissipative
Devono essere seguite una serie di prescrizioni progettuali e
costruttive e devono essere eseguite verifiche aggiuntive allo scopo di
garantire un’adeguata duttilità strutturale
Tali prescrizioni si differenziano a seconda che sia scelta la classe di
duttilità alta (C.D. “A”) o bassa (C.D. ”B”)
In ogni caso non tutte le strutture in acciaio possono essere progettate
come dissipative, ma solo quelle aventi determinate tipologie strutturali

Tipologie strutturali
Strutture dissipative
Tipologie strutturali di strutture in acciaio che possono essere
progettate come dissipative

Tipologie strutturali
Strutture dissipative
a) Strutture intelaiate: composte da telai che resistono alle forze orizzontali con un comportamento prevalentemente
flessionale. In queste strutture le zone dissipative sono principalmente collocate alle estremità delle travi in prossimità
dei collegamenti trave-colonna, dove si possono formare le cerniere plastiche e l’energia viene dissipata per mezzo
della flessione ciclica plastica.
Strutture intelaiate

Tipologie strutturali
Strutture dissipative
b) Strutture con controventi concentrici: nei quali le forze orizzontali sono assorbite principalmente da membrature
soggette a forze assiali. In queste strutture le zone dissipative sono principalmente collocate nelle diagonali tese.
Pertanto possono essere considerati in questa tipologia solo quei controventi per cui lo snervamento delle diagonali
tese precede il raggiungimento della resistenza delle aste strettamente necessarie ad equilibrare i carichi esterni. I
controventi reticolari concentrici possono essere distinti nelle seguenti tre categorie:
b1) controventi con diagonale tesa attiva, in cui la resistenza alle forze orizzontali e le capacità dissipative sono
affidate alle aste diagonali soggette a trazione.
Strutture con controventi concentrici a diagonale tesa attiva

Tipologie strutturali
Strutture dissipative
b) Strutture con controventi concentrici: nei quali le forze orizzontali sono assorbite principalmente da membrature
soggette a forze assiali. In queste strutture le zone dissipative sono principalmente collocate nelle diagonali tese.
Pertanto possono essere considerati in questa tipologia solo quei controventi per cui lo snervamento delle diagonali
tese precede il raggiungimento della resistenza delle aste strettamente necessarie ad equilibrare i carichi esterni. I
controventi reticolari concentrici possono essere distinti nelle seguenti tre categorie:
b2) controventi a V, in cui le forze orizzontali devono essere assorbite considerando sia le diagonali tese che quelle
compresse. Il punto d’intersezione di queste diagonali giace su di una membratura orizzontale che deve essere
continua.
Strutture con controventi concentrici a V

Tipologie strutturali
Strutture dissipative
b) Strutture con controventi concentrici: nei quali le forze orizzontali sono assorbite principalmente da membrature
soggette a forze assiali. In queste strutture le zone dissipative sono principalmente collocate nelle diagonali tese.
Pertanto possono essere considerati in questa tipologia solo quei controventi per cui lo snervamento delle diagonali
tese precede il raggiungimento della resistenza delle aste strettamente necessarie ad equilibrare i carichi esterni. I
controventi reticolari concentrici possono essere distinti nelle seguenti tre categorie:
b3) controventi a K, in cui il punto d’intersezione delle diagonali giace su una colonna. Questa categoria non deve
essere considerata dissipativa in quanto il meccanismo di collasso coinvolge la colonna.
Strutture con controventi concentrici a K

Tipologie strutturali
Strutture dissipative
c) Strutture con controventi eccentrici: nei quali le forze orizzontali sono principalmente assorbite da membrature
caricate assialmente, ma la presenza di eccentricità di schema permette la dissipazione di energia nei traversi per
mezzo del comportamento ciclico a flessione e/o taglio. I controventi eccentrici possono essere classificati come
dissipativi quando la plasticizzazione dei traversi dovuta alla flessione e/o al taglio precede il raggiungimento della
resistenza ultima delle altre parti strutturali.
Strutture con controventi eccentrici

Tipologie strutturali
Strutture dissipative
d) strutture a mensola o a pendolo inverso: costituite da membrature pressoinflesse in cui le zone dissipative sono
collocate alla base.
e) Strutture intelaiate con controventi concentrici: nelle quali le azioni orizzontali sono assorbite sia da telai che da
controventi agenti nel medesimo piano.
f) Strutture intelaiate con tamponature: costituite da tamponature in muratura o calcestruzzo non collegate ma in
contatto con le strutture intelaiate.
Strutture a pendolo inverso Strutture intelaiate con controventi concentrici

Tipologie strutturali
Strutture dissipative
Tipologie strutturali differenti da quelle previste risultano in generale
scarsamente duttili, e devono essere progettate come non dissipative.

Strutture dissipative
Le ordinate spettrali sono ridotte sempre tramite il fattore di struttura q
q = Fattore di struttura
0 T TB
1 T q T
S 1
e
T B
T a
g S FO
q TB
FO
TB
1
Se
q
C
S
S
e
e
T Tc
T ag
S FO
T T T
1
T
C
T ag
S FO
q T
TD T
D
1
C D
T ag
S FO
2
q T
T T

Fattore di struttura
Strutture dissipative
q q0
KR
q 0 = esprime la duttilità della soluzione strutturale (Tipologia + Classe)

Fattore di struttura
Strutture dissipative
q q0
KR
K R = parametro funzione della regolarità dell’edificio
K R
Tipologia Strutturale
1.0 Edifici Regolari in Altezza
0.8 Edifici Non Regolari in Altezza

Fattore di struttura
Strutture dissipative
q q0
I valori del fattore di struttura possono essere assunti come validi se si
rispettano tutte le regole di dettaglio previste.
Tali regole hanno lo scopo di scongiurare le modalità di collasso fragili
e di conseguenza di conferire duttilità alla struttura.
Fra le modalità di collasso fragile nelle strutture in acciaio riveste
particolare importanza quella dovuta ad instabilità.
KR

Regole di dettaglio
Si distinguono nei seguenti ambiti:
Strutture dissipative
Regole di dettaglio per tutte le tipologie strutturali
Regole di dettaglio per le strutture intelaiate
Regole di dettaglio per le strutture a controventi concentrici
Regole di dettaglio per le strutture a controventi eccentrici

Regole di dettaglio per tutte le
tipologie strutturali
Parti compresse delle membrature
le membrature sono classificate in funzione della duttilità nei confronti
dei fenomeni di instabilità locale

CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI IN ACCIAIO
Le sezioni trasversali degli elementi strutturali si classificano in funzione della loro capacità rotazionale C θ
definita come:
Essendo:
Regole di dettaglio per tutte le
tipologie strutturali
C θ = q r / q y -1
q r = curvatura corrispondenti al raggiungimento della deformazione ultima
q y = curvatura corrispondenti al raggiungimento dello snervamento.

Regole di dettaglio per tutte le
tipologie strutturali
CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI IN ACCIAIO
Classe 1 - Quando la sezione è in grado di sviluppare una cerniera
plastica avente la capacità rotazionale richiesta per l’analisi strutturale
condotta con il metodo plastico senza subire riduzioni della resistenza.
Possono generalmente classificarsi come tali le sezioni con capacità
rotazionale C θ 3.
Classe 2 - Quando la sezione è in grado di sviluppare il proprio momento
resistente plastico, ma con capacità rotazionale limitata. Possono
generalmente classificarsi come tali le sezioni con capacità rotazionale
C θ 1,5.
Classe 3 - Quando nella sezione le tensioni calcolate nelle fibre estreme
compresse possono raggiungere la tensione di snervamento, ma
l’instabilità locale impedisce lo sviluppo del momento resistente plastico;
Classe 4 - Quando, per determinarne la resistenza flettente, tagliante o
normale, è necessario tener conto degli effetti dell’instabilità locale in fase
elastica nelle parti compresse che compongono la sezione. In tal caso
nel calcolo della resistenza la sezione geometrica effettiva può sostituirsi
con una sezione efficace.

Regole di dettaglio per tutte le
tipologie strutturali
CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI IN ACCIAIO
Le sezioni di classe 1 e 2 si definiscono compatte, quelle di classe 3 moderatamente
snelle e quelle di classe 4 snelle.
Per i casi più comuni delle forme delle sezioni e delle modalità di sollecitazione, le
Tabelle 4.2.I, 4.2.II e 4.2.III delle N.T.C. 2008 forniscono indicazioni per la classificazione
delle sezioni.
La classe di una sezione composta corrisponde al valore di classe più alto tra quelli dei
suoi elementi componenti.

Regole di dettaglio per tutte le
tipologie strutturali
Parti compresse delle membrature
La vecchia Ordinanza 3274 utilizzava il parametro S per la
classificazione delle sezioni. S rappresenta il rapporto tra la tensione
che determina la instabilità locale dell' asta f i e la tensione di
snervamento f y
Il concetto del D.M. ‘08 e' fondamentalmente lo stesso, ma si utilizzano
più semplici valutazioni basate su rapporti geometrici della sezione
codificati in apposite tabelle

Regole di dettaglio per tutte le
tipologie strutturali
Parti compresse delle membrature
Rapporti geometrici della sezione tubolare
C.D.S. Win provvede automaticamente alla valutazione
della classe della sezione

Regole di dettaglio per tutte le
tipologie strutturali
Parti compresse delle membrature
In funzione della classe di duttilità adottata (alta o bassa) è possibile o
meno utilizzare alcune sezioni

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Riguardano il dimensionamento di
travi
colonne
collegamenti trave-colonna
collegamenti colonna-fondazione

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Verifica di resistenza delle travi
La resistenza flessionale plastica e la capacità di rotazione non
devono essere inficiate dalla contemporanea presenza di taglio e
sforzo normale. Ciò si ritiene soddisfatto se risulta:

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Verifica di resistenza delle colonne
Le colonne devono essere progettate con le azioni
W è il minimo valore tra M pl,Rd,i / M Ed,i
di tutte le travi in cui si attende la
formazione di cerniere plastiche.
Tali relazioni derivano direttamente dal criterio della Gerarchia delle
resistenze

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Verifica a taglio delle colonne
Anche questa limitazione deriva direttamente dal criterio della
Gerarchia delle resistenze (il taglio di progetto deve essere inferiore al
50% del taglio plastico)

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Gerarchia delle resistenze
Per i telai ad alta e bassa duttilità il meccanismo di collasso deve
essere controllato a mezzo del metodo della gerarchia delle resistenze
Collasso globale Collasso di piano

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Gerarchia delle resistenze
Per telai ad alta duttilità i momenti plastici di travi e pilastri
convergenti ad uno stesso nodo devono rispettare la condizione
g RD = 1,3 per strutture in classe CD”A” e 1,1 per CD”B”
M C,pl,Rd = Momento resistente della colonna calcolato per i livelli di sollecitazione assiale presenti
nella colonna nelle combinazioni sismiche delle azioni
M b,pl,Rd = Momento resistente delle travi che convergono nel nodo trave-colonna.
Questa condizione garantisce la formazione della cerniera plastica
nella trave (più duttile del pilastro)

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Gerarchia delle resistenze
Per entrambe le classi duttilità nei collegamenti trave-colonna deve
essere garantita la sovraresistenza del collegamento per consentire la
formazione di cerniere plastiche alle estremità delle travi
M j,
Rd 1, 1g
R,
d M
b,
pl,
Rd
g RD = Fattore di sovraresistenza
M b,pl,Rd = Momento resistente della trave collegata
M j,Rd = Momento flettente resistente del collegamento travecolonna
il collegamento deve essere sovraresistente (circa il 140% rispetto al
momento plastico della trave)

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Gerarchia delle resistenze
Per entrambe le classi duttilità nei collegamenti colonna-fondazione
deve essere garantita la sovraresistenza del collegamento
M C,
Rd 1, 1g
R,
d M
c,
pl,
Rd
g RD = Fattore di sovraresistenza
N
M c,pl,Rd = Momento resistente plastico di progetto della
colonna, calcolato per lo sforzo normale di progetto N Ed
M C,Rd = Momento resistente plastico del collegamento
colonna-fondazione
Ed
Garantisce la formazione di cerniere plastiche nella colonna e non nel
collegamento

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Gerarchia delle resistenze
Per entrambe le classi duttilità nei pannelli nodali il taglio di progetto
deve rispettare la condizione:
Si evitano fenomeni di plasticizzazione od instabilità a taglio
(scarsamente duttili)

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Gerarchia delle resistenze
Per entrambe le classi duttilità nei pannelli nodali è necessario
escludere la plasticizzazione a taglio
La prestazione richiesta ai pannelli nodali è almeno il doppio di quella
richiesta dai consueti metodi

Regole di dettaglio per le strutture
intelaiate
Gerarchia delle resistenze
Per i pannelli nodali risulta praticamente obbligata la scelta di
soluzioni con irrigidimenti

Regole di dettaglio per le strutture a
controventi concentrici
Riguardano il dimensionamento di
travi
colonne
controventi
collegamenti
distribuzione in altezza delle
rigidezze laterali di piano

Regole di dettaglio per le strutture a
controventi concentrici
Rigidezza laterale di piano
Ad ogni piano ed in ogni direzione al variare del verso del sisma la
struttura deve esibire rigidezza tale che

Regole di dettaglio per le strutture a
controventi concentrici
Diagonali di controvento
Le diagonali devono essere ad instabilità controllata
Tale prescrizione si prefigge i seguenti scopi:
prevenire danneggiamenti dei fazzoletti di collegamento a causa di
azioni fuori del loro piano
prevenire rotture del controvento per fenomeni di snervamento
ciclico a trazione non compensati (a causa della instabilità) dai
successivi cicli di compressione

Regole di dettaglio per le strutture a
controventi concentrici
Diagonali di controvento
Le sezioni dei controventi devono appartenere alle Classi 1 o 2
Risultano esclusi gli angolari

Regole di dettaglio per le strutture a
controventi concentrici
Diagonali di controvento
Le sezioni dei controventi devono appartenere alle Classi 1 o 2
Risultano esclusi gli angolari