gruppo 5 - Ingegneria strutturale e geotecnica - Università degli ...

Università degli Studi di
Genova
Facoltà di Ingegneria
D.I.C.A.T - Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni
dell’Ambiente e del Territorio
Laboratorio integrato di progettazione
assistita
Docenti:
Prof. Ing. Andrea Del
Grosso
Ing. Sonia Resemini
Allievi:
Scandolo Lorenzo
Reccardo Daniela
Montaldo Massimo
Tema:
progettazione di una stazione per treni ad alta
velocità con annesso centro commerciale situato a
Parma
Obbiettivo:
realizzazione di un opera di particolare pregio
architettonico che rispetti:
• canoni greci di bellezza e armonia
• funzionalità tipica dell’architettura romana
Scelte Architettoniche:
Struttura unica e indipendente a copertura della
stazione e del centro commerciale, disposti su due
livelli diversi

Forma: Colosseo
Siviglia
FONTI DI
ISPIRAZIONE
Copertura: Velodromo di
Scelte Geometriche:
R 1
=173m
R 2
=99.6
m
a=46°
Intersezione di due settori di
volte a botte ortogonali sfalsate
di 1.8m, tagliate da un cilindro
ellittico.
a=26°
a=67.2m
b=49.8
m
L
L=80
m

Scelte Strutturali:
• 4 Pilastri in c.a. ordinario
• Travi principali in acciaio
• Struttura reticolare tubolare in acciaio
• Completamento con pannelli in policarbonato
Scelte Strutturali:
• Copertura:
• Travi principali in acciaio
• Struttura reticolare in acciaio
• Completamento con pannelli in policarbonato
• 4 Pilastri in c.a. ordinario
• Fondazioni:
• Di tipo profondo
• Solaio centro commerciale:
• Utilizzo di elementi prefabbricati
• Tamponature:
• In soluzione mista vetro acciaio

PLANIMETRIA
GENERALE
Azione della neve (1)
carico neve al
suolo
Zona
1
a s <
200m
coefficiente di
forma

Azione del Vento
Calcolo del coefficiente di pressione C p,e
La normativa non presenta indicazioni sul
valore da adottarsi per geometrie complesse
Coefficiente di pressione esterno valutato in base a
prove in galleria del vento su una struttura simile
(Velodromè de Sevilla)
Vista la doppia simmetria della struttura sono state
considerate 4 direzioni di vento incidente.
0
°60°
30°
90°

Azione del Vento
Forza orizzontale trasmessa dalle vetrate
Trasmessa alle
travi della
copertura
C p,sopravento = +0.8
C p,sottovento = -0.7
L max =
20m
Trasmessa alla struttura
in prefabbricato
Q = 1.005 * (C p,e +
C p,i )*3m
Forza orizzontale
trasmessa a ml
sulle travi
Azione sismica
Vista la complessità della struttura si preferisce condurre
una analisi sismica completa con spettro di risposta
Zona 2 – categoria suolo C
a g = 0.25g
S=1.25 – T b =0.15 – T c =0.5 – T d =2

MODELLAZIONE DELLA
STRUTTURA
Elementi da modellare:
- Travi principali
- Struttura reticolare secondaria
- Elementi di copertura
Scelta della tipologia di elementi tra
quelli disponibili nel programma
Travi interne e di
bordo
- Forma irrigidente che riduce l’imbozzamento
- Deflusso acque piovane nel canale superiore
- Garantisce collegamento ottimale con struttura
reticolare

BEAM188
Travi
principali
Vantaggi:
•Geometria
definibile dall’utente
•Calcolo dello stato
tensionale
(dimensionamento)
•Effetti locali
•Assegnazione carichi
Svantaggi:
•Difficoltà nella modellazione
•Utilizzo di keypoints, lines
•Pesantezza di calcolo
•Numerosi dati da gestire
Struttura
reticolare
- Struttura a nodi rigidi per limitare gli spostamenti

Struttura reticolare
Due scelte
possibili:
1.BEAM188
2.PIPE16
Caratteristiche Analoghe al
BEAM4 ma a sezione circolare
cava
Pipe16
Struttura reticolare
Definizione dell’elemento a partire dai nodi della copertura
Peso proprio non influente
Non è necessaria un’ulteriore
Discretizzazione dell’elemento

MPC184
Elementi
rigidi
COLLEGAMENTO TRAVI PRINCIPALI – STRUTTURA
RETICOLARE
MPC184
PIPE16
BEAM188
Combinazioni di carico
1) 1.4 P.P. + 1.5 Neve + 1.5 dilatazioni termiche negative
2-5) P.P. + 1.5 Vento + 1.5 Cp,i (nelle 4 direzioni 0°,30°,60°,90°)
6-7) P.P. + 1.5 Vento (0°)+ 1.5 Cp,i (±0.2) + 1.5 dilatazioni
termiche (∆T = ± 30°)
8-9) P.P. + 1.5 Neve + 1.5 Vento (0°)+ 1.5 Cp,i (±0.2) + 1.5
dilatazioni termiche (∆T = ± 30°)
10-11) P.P. + 1.5 Vento (0°) + 1.5 Cp,i (±0.2) +
dilatazioni termiche (∆T = ± 30°)
12-13) 1.4P.P. + 1.5 Neve + 1.5 Vento (0°) + 1.5 Cp,i
(±0.2) + dilatazioni termiche (∆T = ± 30°)

Analisi dinamica modale:
Analisi effettuate
• calcolo frequenze e modi propri di vibrazione
• valutazione del comportamento globale della struttura
• valutazione della correttezza del modello
• individuazione di eventuali debolezze della struttura
• effettuazione dell’analisi sismica
Analisi Statica Lineare:
• Effettuata per tutte le varie combinazioni di carico
individuate
1° modo
2° modo

Tipologie di verifiche effettuate
Elementi
tubolari
Resistenza
Stabilità
Corrugamento
Ovalizzazione
Travi a cassone
Resistenza
Imbozzamento pareti
Irrigidenti
scatolari
Resistenza
Imbozzamento pareti
Elementi tubolari
Verifiche di resistenza
Tensione assiale per sforzo normale
Tensione assiale per momento flettente
Tensione tangenziale per torsione
Tensione tangenziale per taglio
Tensione radiale per ∆p

Elementi tubolari
Verifiche di resistenza
Stato di tensione biassiale:
θ angolo che individua la posizione
sulla sezione
Elementi tubolari
Verifiche di resistenza
Stato di tensione biassiale:
Calcolo delle tensioni principali mediante la costruzione del
cerchio di Mohr per i due punti diametralmente opposti nei
quali l’asse del momento risultante interseca la sezione

Elementi tubolari
Verifiche di resistenza
Calcolo tensione equivalente con criterio di Von Mises:
Si utilizza acciaio S355 avente f d = f y = 355 N/mm 2
La verifica è stata svolta per tutti gli elementi tubolari mediante
l’implementazione di codici di supporto in Visual Basic

Elementi tubolari
Verifiche di stabilità (CNR 10011)
Coefficiente di adattamento plastico
Valida per sezioni prismatiche
Elementi tubolari
Calcolo dei momenti equivalenti:
La distribuzione dei momenti è lineare
perché elementi gli elementi sono
caricati agli estremi e il peso proprio è
trascurabile rispetto allo stato di
sollecitazione

Elementi tubolari
Verifiche a corrugamento
Sezione ad elevato
spessore
Per tenere in conto della riduzione di resistenza
oltre il limite elastico (relazione empirica)
Elementi tubolari
Verifiche a corrugamento
La tensione critica di corrugamento risulta molto superiore alla
tensione di snervamento
! la verifica è soddisfatta per tutti gli elementi

!
Elementi tubolari
Verifiche a ovalizzazione
Travi a cassone
Verifiche di resistenza
La particolare procedura di modellazione delle travi ha permesso
di ottenere lo stato tensionale all’interno della sezione ogni 50
cm (passo di discretizzazione utilizzato per gli elementi trave)

Travi a cassone
Verifica ad imbozzamento delle pareti
La forma irrigidente degli spigoli
della sezione permette di
diminuire le dimensioni dei
pannelli da verificare.
Pannelli verticali
1300x4000x30mm
Pannelli orizzontali
800x4000x30mm
La verifica (CNR 10011) da effettuare è:
Travi a cassone
Calcolo della bullonatura resistente a taglio disposta
sull’irrigidimento :
68 bulloni per le travi di bordo
Si dispongono
62 bulloni per le travi interne
Forature e interassi secondo norme CNR 10011

Travi a cassone
Calcolo della bullonatura resistente al momento M y disposta sulle
pareti superiori della sezione:
Si dispongono 115 bulloni
I bulloni vengono disposti su più coprigiunti per problemi di rottura
per trazione delle piastre
Travi a cassone
Calcolo della bullonatura resistente al momento M Z disposta sulle
pareti superiori della sezione:
Si dispongono 155
bulloni

Travi a cassone
Calcolo giunto trave – trave (travi bordo)
Coprigiunto 160x840x40
25 + 25 bulloni
Coprigiunto 720x840x40
45 + 45 bulloni
Coprigiunto 400x840x40
25 + 25 bulloni
Coprigiunto 1200x840x40
75 + 75 bulloni
Coprigiunto 300x840x40
20 + 20 bulloni
Travi a cassone
Calcolo giunto trave – trave (travi interne)
Coprigiunto 160x840x40
5 + 5 bulloni
Coprigiunto 400x840x40
25 + 25 bulloni
Coprigiunto 1200x840x40
75 + 75 bulloni
Coprigiunto 300x840x40
20 + 20 bulloni

Pilastri a sostegno della copertura
Problematiche progettuali:
Forze orizzontali di elevata entità trasmesse dalle travi della
copertura (comportamento ad arco di scarico)
Elevata altezza dei pilastri (dell’ordine dei 12m)
Elevato momento flettente agente sulla sezione di base del
pilastro (dell’ordine delle 90.000 t/m) che unito alla forza normale
dovuta al peso dell’intera copertura generano uno stato di
sollecitazione particolarmente gravoso
Pilastri a sostegno della copertura
Forma trapezoidale variabile linearmente in altezza
Sezione di testa
Base maggiore
2.9 m
Base minore 1.4 m
Altezza 3 m
Camera accesso
Base maggiore
1.1 m
Base minore 0.8 m
Altezza 1 m
Sezione di base
Base maggiore
7 m
Base minore 3.5 m
Altezza 7 m

Pilastri a sostegno della copertura
Pilastro ruotato di
55° rispetto alla
verticale
R
Pilastro con direzione di massima inerzia parallela alla
direzione della risultante delle forze orizzontali
Pilastri a sostegno della copertura
Dimensionamento e verifica armatura lenta:
Schema statico:
R
h=12
m
Densità
CLS 2500.00 kg/m3
Fx [N] Fy [N] Fz [N] Combinazione di carico più gravosa
3.33E+07 7.12E+07 -2.82E+07
Geometria sezione
Sollecitazioni
Sezioni area[m2] p.p. N [Kg] Mx [Kgm] My [Kgm]
12 4.68 -5845.83 -2.83E+06 0.00E+00 0.00E+00
11 6.67 -16675.00 -2.84E+06 7.12E+06 3.33E+06
10 8.51 -21275.00 -2.86E+06 1.42E+07 6.65E+06
9 10.58 -26450.00 -2.88E+06 2.13E+07 9.98E+06
8 12.88 -32200.00 -2.92E+06 2.85E+07 1.33E+07
7 15.41 -38525.00 -2.96E+06 3.56E+07 1.66E+07
6 18.06 -45137.50 -3.00E+06 4.27E+07 2.00E+07
5 20.91 -52267.50 -3.05E+06 4.98E+07 2.33E+07
4 23.98 -59943.75 -3.11E+06 5.69E+07 2.66E+07
3 27.26 -68137.50 -3.18E+06 6.40E+07 2.99E+07
2 28.11 -70265.00 -3.25E+06 7.12E+07 3.33E+07
1 31.56 -78890.00 -3.33E+06 7.83E+07 3.66E+07
0 35.20 -44001.88 -3.37E+06 8.54E+07 3.99E+07
Si effettuano le verifiche per le varie sezioni del pilastro

Pilastri a sostegno della copertura
Sezione di base:
Lembo teso:
1012 F32/10cm ! A s =0.8m 2
Lembo compresso:
546 F32/10cm ! A s =0.44m 2
Armatura di completamento:
218 F32/40cm ! A s =0.17m 2