Strutture in acciaio - Angelo Biondi

angelobiondi.com

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

More magazines by this user
Similar magazines