STRUTTURE IN ACCIAIO:

Sapienza Università di Roma

Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile

A.A. 2014 – 2015

ESERCITAZIONE UNIONI

SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 2

ESEMPI: GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVEGIUNTI TRAVE – COLONNA UNIONE COLONNA – COLONNAUNIONE COLONNA FONDAZIONEUNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTOUNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

http://www.francobontempi.org

Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio , Ing. Paolo E. Sebastiani

franco.bontempi@uniroma1.it , stefania.arangio@uniroma1.it , paolo.sebastiani@uniroma1.it

http://w3.disg.uniroma1.it/bontempi/

2/57

GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)

GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE

Outline

GIUNTI TRAVE – COLONNA

UNIONE COLONNA – COLONNA

UNIONE COLONNA FONDAZIONE

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UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

3/57 PROGETTO E VERIFICA: ESEMPI SVOLTIUn esempio di calcolo svolto per ogni tipologia di unione si può trovare nelmateriale online del libro di testo della Carocci.Il materiale è richiamato nel testo con dei simboli raffiguranti un computer postial lato della pagina

N.B. Gli esempi sono svolti con il DM 2005. Utilizzando le NTC 2008 leN.B. Gli esempi sono svolti con il DM 2005. Utilizzando le NTC 2008 leprocedure non cambiano. Cambiano solo coefficienti di sicurezza e resistenzedi progetto

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4/57 Outline

GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)

GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE

GIUNTI TRAVE – COLONNA

UNIONE COLONNA – COLONNA

UNIONE COLONNA FONDAZIONE

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UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

5/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’

GIUNTO SALDATORipristina completamente la

resistenza flessionale e tagliante

Giunto trave principale – trave secondaria con moncherini saldati e bullonatura

Porta taglio e momento flettente

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spessori d'aggiustaggio

GIUNTO BULLONATO CON COPRIGIUNTO GIUNTO FLANGIATO GIUNTO BULLONATO

6/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’ (1/5)

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GIUNTO SALDATORipristina completamente la

resistenza flessionale e tagliante

7/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’ (2/5)

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Giunto trave principale – trave secondaria con moncherini saldati e bullonatura

Porta taglio e momento flettente

8/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’ (3/5)

spessori d'aggiustaggio

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GIUNTO BULLONATI CON COPRIGIUNTO

Le squadrette sull’anima trasmettono il taglioIl coprigiunto trasmette il momento flettente

9/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’ (4/5)

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GIUNTO FLANGIATO

Trasmette l’azione tagliante e un momento flettente che dipende dal dimensionamento di flangia e bulloni

10/57 GIUNTI DI ESTREMITA’: UNIONE TRAVE PRINCIPALE –SECONDARIA (5/5)Trave principale

GIUNTO BULLONATOTrave principale – trave secondaria

ASSE TRAVE SECONDARIA

V

ASSE TRAVE PRINCIPALE

Trave secondaria

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Trave principale – trave secondariaASSE TRAVE SECONDARIA

SQUADRETTE "L......"

squadrette realizzate con angolari ad L

11/57 UNIONE BULLONATA TRAVE PRINCIPALE – TRAVE SECONDARIA: ESEMPIO

3 6Elementi da collegare:Trave principale- trave secondaria

Vincolo che si vuole schematizzare:schema statico di trave appoggiata cerniera

5

NODO

2

Elementi che costituiscono l’unione:Travi:

trave principale: IPE500 S235 trave secondaria: IPE240 S235

Bulloni classe 8.8 Squadrette

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1 4

12/57 SOLLECITAZIONI AGENTI SUI BULLONISulle sezioni resistenti dei bulloni agiscono uno sforzo di taglio T causato dai carichi presenti e un momento M indotto dal fatto che la risultante T non passa per l’asse baricentrico dei bulloni.

Ai fini della verifica e del dimensionamento vengono considerate le sezioni A-A’ e B-B’

Ipotesi:1) Il taglio si ripartisce in parti uguali sui bulloni2) Il momento si ripartisce sui bulloni sotto forma di una coppia di forze H

AS

SE

TR

AV

E S

EC

ON

DA

RIA

=

M H

HA B

p

AA

LLIN

EA

ME

NT

O B

ULL

ON

I

AS

SE

TR

AV

E P

RIN

CIP

ALE

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

ULL

ON

I

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

ULL

ON

I

AS

SE

TR

AV

E S

EC

ON

DA

RIA

p

B HA

R

a

p

Ra

aa

B

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A'f

V x f

VV

h h

V/2

(V/2) x hV

B'

(V/2) x h

V/2

A’B’

13/57

A

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

UL

LO

NI

AS

SE

TR

AV

E P

RIN

CIP

ALE

bb n

VV =

Reazione verticale:

SEZIONE A-A’

R p

Ra

aa

p

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

UL

LO

NI

p

fVH

⋅=

22

Reazione orizzontale:

Risultante:

R

a

p

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A'f

V x f

VV

22

b p

fV

n

VR

⋅+

=

14/57

bb n2

VV

⋅=

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

ULL

ON

I

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

ULL

ON

I

AS

SE

TR

AV

E S

EC

ON

DA

RIA

B

Reazione verticale:

SEZIONE B-B’

p2

hVH

⋅

⋅=

22hVV ⋅

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

ULL

ON

I

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

ULL

ON

I

AS

SE

TR

AV

E S

EC

ON

DA

RIA

p

Reazione orizzontale:

Risultante:

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22

b1 p2

hV

n2

VR

⋅⋅+

⋅=h h

V/2

(V/2) x hV

B'

(V/2) x h

V/2

15/57 PROGETTO E VERIFICA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO1. Scelta del tipo di bulloni, del numero e dell’all ineamento;

2. Calcolo della risultante approssimata su ciascun bullone;

2

2

b

Vn

VR +

=

3. Dimensionamento dei bulloni (A nom necessaria, diametro Φ)

4. Dimensionamento della squadretta usando le indica zioni delle NTC 2008 (per evitare la verifica a strappo della lamiera):

bn

VRdnom f

RA ≥

Ra

aa

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Per la sezione della trave secondaria indebolita dall’intaglio:•Verifica di resistenza

spessore;interasse e distanze;

R

a

p

16/57

Per ogni sezione (sez. AA’ e sez. BB’):

5. Calcolo della risultante esatta su ciascun bullon e:

(sez. A-A’); (sez. B-B’) ;22

b p

fV

n

VR

⋅+

=

22

b1 p2

hV

n2

VR

⋅⋅+

⋅=

PROGETTO E VERIFICA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO

6. Verifica a recisione del gambo del bullone:

7. Verifica a rifollamento dell’anima della trave o d ella squadretta:

b pn b p2n2 ⋅ ⋅

VRdb

fA

R≤=τ

tkrif

fk

ds

R

γασ ⋅⋅

≤⋅

=

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2Mrif ds γ

σ ≤⋅

=

17/57

yd22

id f3 ≤+= τσσ

PROGETTO E VERIFICA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO

xx

15

35

50 120

xx

15

35

50 120

sez. BB’

sez. AA’

8. Verifica di resistenza della squadretta (taglio + trazione)

15

35

15

35

A

e1

300

26

19

9,8 120

45

Per la sezione della trave secondaria indebolita dall’intaglio:9. Verifica di resistenza della sezione indebolita

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p

A'

11

240

39

0 m

m

240 50

6,2

15

15195

18/57

GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)

GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE

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GIUNTI TRAVE – COLONNA

UNIONE COLONNA – COLONNA

UNIONE COLONNA FONDAZIONE

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UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

19/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI

GIUNTO SALDATOGiunto a completo ripristino GIUNTO SALDATO in testa e

BULLONATO sull’anima

Giunto a completo ripristinoBULLONATO sull’anima

GIUNTO BULLONATOa completo ripristino

GIUNTO BULLONATOIn grado di trasferire solo azioni taglianti

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GIUNTO FLANGIATO

20/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI (1/5)

GIUNTO SALDATO

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GIUNTO SALDATO

Giunto a completo ripristinoTrasmette momento flettente e taglio

21/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI (2/5)

GIUNTO SALDATO in testa e BULLONATO sull’anima

Le ali risultano completamente ripristinate mentre il giunto d’anima va

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Le ali risultano completamente ripristinate mentre il giunto d’anima va calcolato in base al taglio presente

Il collegamento è a completo ripristino flessionale se il coprigiunto d’anima porta il taglio e la quota parte di momento flettente che gli compete.

Se il giunto d’anima è dimensionato solo per gli effetti del taglio il collegamento è a parziale ripristino

22/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI (3/5)

GIUNTO BULLONATO

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Il giunto è a completo ripristino se il momento flettente si ripartisce fra i coprigiunti delle ali e quello dell’anima

Se i coprigiunti d’ala trasmettono il momento e il coprigiunto d’anima trasmette il taglio il collegamento è a parziale ripristino

23/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI (4/5)

GIUNTO FLANGIATO

Può essere considerato a completo o a parziale ripristino a seconda della resistenza della piastra e dei bulloni

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piastra e dei bulloni

24/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI (5/5)

GIUNTO BULLONATO solo sull’anima

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GIUNTO BULLONATO solo sull’anima

In grado di trasferire solo azioni taglianti

25/57 GIUNTI INTERMEDI PER UNA TRAVE CONTINUA

2 possibili schemi statici

1) Trave continua su tre appoggi

2) Travi indipendenti

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26/57 TRAVE CONTINUA SU TRE APPOGGI

Giunto flangiato sull’appoggio con ripristino della capacità flessionaleGiunto flangiato sull’appoggio con ripristino della capacità flessionale

Giunto saldato sull’appoggio e bullonato nella zona a momento nullo

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27/57 TRAVE CONTINUA SU TRE APPOGGI

Giunto flangiato sull’appoggio con ripristino della capacità flessionaleGiunto flangiato sull’appoggio con ripristino della capacità flessionale

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28/57 TRAVE CONTINUA SU TRE APPOGGI

Giunto saldato sull’appoggio e bullonato nella zona a momento nulloGiunto saldato sull’appoggio e bullonato nella zona a momento nullo

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29/57 TRAVI INDIPENDENTI

Giunto bullonato con squadrette

Giunto bullonato con squadrette

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30/57 ESEMPIO: TRAVE A DOPPIO T CON DOPPIO COPRIGIUNTO D’ALA

500

Trave IPE 500 S235 (Fe360)

Bulloni classe 5.6

200

200

Bulloni classe 5.6

Sollecitazioni:

Td =130 kNMd = 200 kNm

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200

31/57 GIUNTO DI TRAVE A DOPPIO T: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO1. Ripartizione delle sollecitazioni (sforzo di tagl io T, momento flettente M) tra ali e

anima .E’ necessario definire la quota parte di sollecitazione sopportata da ciascuna zona del collegamento. In particolare si considera che lo sforzo di taglio sia interamente assorbito dall’anima della trave e che il momento flettente si ripartisca secondo le seguenti relazioni:

ehebeb

−⋅⋅+⋅⋅⋅

231

2

2. Dimensionamento e verifica del collegamento delle ali.2.1 Verifica dei bulloni2.2 Verifica a trazione del coprigiunto2.3 Verifica a rifollamento

3. Dimensionamento e verifica del collegamento dell’an ima.

totx

ali Mj

ehebeb

M ⋅

−⋅⋅+⋅⋅⋅=

3

2212

12

alitotanima MMM −=

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3. Dimensionamento e verifica del collegamento dell’an ima.3.1 Verifica dei bulloni3.2 Verifica a trazione del coprigiunto3.3 Verifica a rifollamento

4. Verifica della sezione indebolita dai fori.

! Consultare il libro per lo svolgimento numerico della procedura di calcolo

32/57

GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)

GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE

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GIUNTI TRAVE – COLONNA

UNIONE COLONNA – COLONNA

UNIONE COLONNA FONDAZIONE

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UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

33/57 MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE - COLONNA

GIUNTO SALDATOcon irrigidimenti GIUNTO BULLONATO

Trave collegata all’ala della colonna

GIUNTO FLANGIATO

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GIUNTO SALDATOsenza irrigidimenti

UNIONE TRAVE-COLONNA CON COPRIGIUNTI

GIUNTO BULLONATOTrave collegata all’anima della colonna

34/57 MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE – COLONNA (1/4)

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GIUNTO SALDATOcon irrigidimenti che proseguono idealmente le travi

Giunto a completo ripristino (costoso, necessita saldature in opera ma contiene l’ingombro)

35/57 MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE – COLONNA (2/4)

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GIUNTO SALDATOsenza irrigidimenti

36/57 MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE – COLONNA (3/4)Flangia saldata alla trave e

bullonata alla colonna

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GIUNTO FLANGIATO COLLEGAMENTO CON COPRIGIUNTI

37/57 MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE – COLONNA (4/4)

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GIUNTO BULLONATOTrave collegata all’ala della colonna

GIUNTO BULLONATOTrave collegata all’anima della colonna

38/57 ESEMPIO: GIUNTO FLANGIATO TRAVE - COLONNA

501

00

Nervatura diagonale di irrigidimento

HEB 300

28

01

40

57

0

80 140 80

300

T

M

Costola orizzontale in acciaio

Bulloni Ø20

IPE 400 80

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300

Td = 60kNMd = 90kNm

39/57 GIUNTO FLANGIATO TRAVE – COLONNA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO1. Verifica dei bulloni

1.1 Calcolo dello sforzo di trazione Nb,tot proveniente dall’ala tesa della trave;

1.2 Calcolo dello sforzo di trazione Nb e dello sforzo tangenziale Tb sul singolo bullone;

1.3 Verifica di ciascun bullone con la massima tensione normale σb,max:

N

1.4 Verifica di ciascun bullone per la combinazione di tensione normale media σb e di tensione tangenziale media τb:

2. Verifica della flangia (o dell’ala della colonna se di spessore minore)

2.1 Calcolo del momento Mα e del taglio Tα dovuti allo sforzo di trazione proveniente dall’ala della trave, in corrispondenza dell’asse dei fori dei bulloni;

fdNA

N

res

bb <⋅= 25,1max,σ

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dall’ala della trave, in corrispondenza dell’asse dei fori dei bulloni;

2.2 Calcolo dell’area Ax,α e della rigidezza Wx,α della sezione resistente ridotta;

2.3 Calcolo della tensione normale σα e della tensione tangenziale τα agenti sulla sezione dell’ala della colonna in corrispondenza dell’asse dei fori dei bulloni tesi.

40/57 GIUNTO FLANGIATO TRAVE – COLONNA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO3. Verifica del pannello d’anima e dell’eventuale ri nforzo

3.1 Verifica dell’anima della colonna;

3.2 Calcolo dello spessore della nervatura diagonale.

4. Dimensionamento e verifica della saldatura4a) Saldatura a cordone d’angolo

ht 3

86,5

hd

a

Mpl

ht

htMpl

4a) Saldatura a cordone d’angolo4a1. Dimensionamento dell’altezza di gola;4a2. Verifiche

hr 281

ht

h1

x

a1a

Cordone di saldatura

x

verticale

1

2

h

σ⊥,2

τ//x x

10 10

a

Sez. tipo cordone

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4.b) Saldatura a completa penetrazione

Cordone di saldatura

b

orizzontale10

41/57

GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)

GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE

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GIUNTI TRAVE – COLONNA

UNIONE COLONNA – COLONNA

UNIONE COLONNA FONDAZIONE

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UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

42/57 MORFOLOGIA GIUNTO COLONNA - COLONNA

GIUNTO SALDATO(sezioni uguali o quasi uguali)

GIUNTO BULLONATO(sezioni uguali)

GIUNTO SALDATO(profili poco diversi))

GIUNTO CON CORDONI D’ANGOLO E SQUADRETTE

(profili poco diversi))

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Soluzioni per collegamenti tra profili molto diversi

43/57 ESEMPIO GIUNTO COLONNA - COLONNA

Nal/2Nal/2

nb,al

Profilato HEB

Coprigiunto d'ala

Nal/2Nal/2

nb,al

Profilato HEB

Coprigiunto d'anima

Nan

Coprigiunti d’ala

Coprigiunti d’anima

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UNIONI 2A.A. 2014 - 2015

Nan/2

nb,an

44/57 SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO1. Determinazione delle sforzo trasmesso dalle ali e dall’anima

2. Verifica dei bulloni

b

t

( )N

A

tbN

totali ⋅

⋅⋅=

2

alian NNN −=

2. Verifica dei bulloni

2.1 bulloni delle ali

2.2 bulloni dell’anima

3. Coprigiunti

2.1 coprigiunti delle ali

2.2 coprigiunti dell’anima

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4. Verifica della colonna

45/57

GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)

GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE

Outline

GIUNTI TRAVE – COLONNA

UNIONE COLONNA – COLONNA

UNIONE COLONNA FONDAZIONE

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UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

46/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI BASE: UNIONE COLONNA - FONDAZIONE

controdadi

dadi di piastra

irrigidimenti

sigillatura con malta espansiva

5 cm

T

MN

controdado

dado

rosetta da saldare al montaggio

piastra di acciaio di base

malta cementizia

plinto di dadi di registro

piastra

tirafondo

5 cm

d>5φ

plinto di fondazione

tirafondo

rosetta saldata

λ

s

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• Colonna

• Piastra forata saldata alla faccia inferiore della colonna;la piastra può essere irrigidita mediante nervature;

• Plinto in cemento armato;

• Tirafondi annegati nel plinto e bullonati alla piastra.

dφ

Particolare di un tirafondo

47/57 UNIONE COLONNA – FONDAZIONE: SCHEMATIZZAZIONE DEI VINCOLIT

MN N

N

T

MNN

N

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48/57 UNIONE COLONNA – FONDAZIONE: SCHEMATIZZAZIONE DEI VINCOLI

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Cerniera Incastro

49/57 DISTRIBUZIONE DEGLI SFORZI SULLA PIASTRA

σ = NbH

N

σ

e

maxσmin

N

e

N

H

b

bH

H

b b

h

y

σmax

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H

Sforzo normale centrato Presso-flessione

Con centro di pressione interno al nocciolo centrale di inerzia

Presso-flessione

Con centro di pressione esterno al nocciolo centrale di inerzia

50/57 UNIONE COLONNA – PLINTO PER CARICO ASSIALE

La piastra di base deve avere caratteristiche di rigidezza tali da assicurare la ripartizione lineare delle pressioni sul plinto di calcestruzzo.

Il problema del dimensionamento del collegamento si riduce al dimensionamento della piastra : Hdella piastra :

1) Predimensionamento in pianta della piastra

2) Calcolo dello spessore della piastra

B

H

Aforo

290

HEA300

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45 360 45

450

Piastra in acciaio450x450x40

45

51/57 UNIONE COLONNA – PLINTO A INCASTRO1. Predimensionamento della piastra e dei tirafondi

Nb

b

e

N

B

a

Νb

σc

2. Verifica del collegamento saldato colonna – piastr a

3. Verifica della sezione di contatto piastra – plint o

4. Calcolo della lunghezza d’ancoraggio dei tirafond i

rosetta

d

t

c

lad

lp

ba

12

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5. Calcolo dello spessore della piastra di base

52/57

GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)

GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE

Outline

GIUNTI TRAVE – COLONNA

UNIONE COLONNA – COLONNA

UNIONE COLONNA FONDAZIONE

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UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

53/57 MORFOLOGIA DEI GIUNTI TESI Collegamenti flangiati

Asse baricentricoIdealeCerniera

Unioni degli elementi di controventamento

Ass

e ba

ricen

tric

o

Asse baricentrico

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Collegamenti per funi

54/57 UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

TIPO A

Nodo AA

sse

baric

entr

ico

Asse baricentricoIdealeCerniera

Nodo B

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Ass

e ba

ricen

tric

o

Asse baricentrico Nodo B

55/57 UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

TIPO B

Nodo A

Asse baricentrico

Asse baricentrico

Ass

e ba

ricen

tric

o

CernieraIdeale

Nodo B

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Asse di Truschino

Ass

e ba

ricen

tric

o

Nodo B

56/57 SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO DELL’UNIONE

1. Predimensionamento dell’asta

2. Predimensionamento dei bulloni

3. Verifica dell’asta3. Verifica dell’asta

N

a

a

Sez. a-a

G

Sez. a-a

a

a

N G

e x

N

a

a

Sez. a-a

Doppio angolare Singolo angolare Doppio angolare

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Doppio angolare simmetrico

Singolo angolare Doppio angolare Non simmetrico

57/57 SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO DELL’UNIONE

4. Verifica dei bulloni

Piastra di nodo

asse baricentrico // asse ideale,

asse dei bulloni (asse di truschino) ≠ asse della sollecitazione;

Cerniera ideale

ey

Asse di truschino

Asse baricentricoN

V

HV

H

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5. Verifica della piastra