01 Capannone

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1

PROGETTO DI UN CAPANNONE

IN ACCIAIO:

Anno 2013/2014Corso di Costruzioni: Recenti sviluppi teorici e aspetti normativi

Modulo 2: Aspetti normativi della tecnica delle costruzioni

Docente: Dott. Ing. Carmine Lima

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PREDIMENSIONAMENTO E ANALISI DEI CARICHI

COSTRUZIONE DEL MODELLO FEM E ANALISI STRUTTURALE

VERIFICA DELLE MEMBRATURE DELLE CAPRIATA

Lezione n.1 del 23/04/2014

Lezione 1 - Mercoledì 23 / 04 / 2014Ore 16:00 – 19:00

Predimensionamento e Analisi dei Carichi




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Predimensionamento




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Lo schema strutturale

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Analisi dei carichi




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4


Il carico da neve – D.M. 14 / 01 / 2008

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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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6


0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0 300 600 900 1200 1500

Valore caratteristico del carico da neve al suolo [kN/m2]

Altitudine s.l.m. [m]

Zona I - Alpina

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Analisi dei carichi




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0,00

1,00

2,00

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5,00

6,00

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8,00

9,00

0 300 600 900 1200 1500



Zona I - Mediterranea

Analisi dei carichi




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4,00

5,00

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8,00

9,00

0 300 600 900 1200 1500



Zona II

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Analisi dei carichi




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5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

0 300 600 900 1200 1500



Zona III

Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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15



Provincia di Salerno Zona III

Comune di Salerno

as<200 m qsk= 0.60 kN/m2

Copertura a doppia falda

p=5%; α≈2°

µ= 0.8

qs= 0.48 kN/m2

Analisi dei carichi




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Il carico da vento – D.M. 14 / 01 / 2008

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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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23



Distanza dalla costa

Analisi dei carichi




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z=10.50 m( ) 40.205.0

50.10ln0.17

05.0

50.10ln0.119.0

z

zlnct7

z

zlnckc

2

00

t2

re

≈

⋅+⋅

⋅⋅=

=

⋅+⋅

⋅⋅=

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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Parete sopravento

Parete sottovento

Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Analisi dei carichi




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Cpe=+0.8

Cpe=-0.4

Cpi=0.0(costruzione stagna)

Esempio Numerico

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Predimensionamento elementi secondari




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Pannello di Copertura in lamiera grecata





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Arcareccio

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Arcareccio





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Arcareccio

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Arcareccio





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Arcareccio

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Arcareccio





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Arcareccio

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Arcareccio





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Arcareccio

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Arcareccio





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Arcareccio

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Arcareccio





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Arcareccio

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Pannelli laterali e Travetti portabaraccatura

Pannello laterale

Travetti

portaberaccatura





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Predimensionamento elementi principali




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Membrature della capriata

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Colonne

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Colonne

Costruzione del Modello FEMe Analisi Strutturale




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Costruzione di un modello FEM




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con software SAP 2000

Riepilogo dei Carichi applicati




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Provincia di Salerno Zona III

Comune di Salerno

as<200 m qsk= 0.60 kN/m2

Copertura a doppia falda

p=5%; α≈2°

µ= 0.8

qs= 0.60 kN/m2

Carico da neve

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ia=2.10 m

i c=

4.2

0 m

Valore unitario

- Carico per unità di superficie (riferito alla

proiiezione orizzontale della copertura)

qs=0.48 kN/m2

Azioni sulla capriata

Nodo Esterno

Nodo Interno

= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ≈,int 0.48 2.10 4.20 4.24 kNs s a cQ q i i

Qs,extQs,int

,

2.100.48 4.20 2.12 kN

2 2a

s ext s c

iQ q i= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ≈

Carico da neve





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Carico da neve su modello FEM

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Ce=+0.8

Ce=-0.4

Ci=0.0(costruzione stagna)

Esempio Numerico

Carico da vento





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Carico da vento

ia=2.10 m

i c=

4.2

0 m

Valore unitario della pressione

- Superfici Sopravento (ortogonale alla

superficie della copertura)

qw=0.88 kN/m2

Azioni verticali (concentrate) sulla capriata

kN 88.320.486.2cos

10.244.0i

cos

iqQ c

a4.0,wint,w ≈⋅

°⋅=⋅

α⋅=

Qw,ext Qw,int

- Superfici Sottovento (ortogonale alla


qw=0.44 kN/m2

kN 94.120.486.2cos

05.144.0i

cos

2/iqQ c

a4.0,wext,w ≈⋅

°⋅=⋅

α⋅=

2Qw,int

Qw,int

Azioni orizzontali (concentrate) sulla capriata

kN 92.220.42

58.188.0i

2

iqQ c

b8.0,w8.0,w ≈⋅⋅=⋅⋅=

kN 46.120.42

58.144.0i

2

iqQ c

b8.0,w4.0,w ≈⋅⋅=⋅⋅=

ib

Qw,0.8 Qw,0.4

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Carico da vento

Valore unitario della pressione

- Superfici Sopravento (ortogonale alla


qw=0.88 kN/m2

Qw,extQw,int

- Superfici Sottovento (ortogonale alla


qw=0.44 kN/m2

Azioni (ripartite) sulle colonne

Sopravento

N/mm 3.70kN/m 70.320.488.0iqq c8.0,w8.0,c,w =≈⋅=⋅=

Sottovento

N/mm 1.85kN/m 85.120.444.0iqq c4.0,w4.0,c,w =≈⋅=⋅=

qw,c,0.8 qw,c,0.4





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Carico da vento su modello FEM

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Sovraccarichi permanenti

ia=2.10 m

i c=

4.2

0 m

Valori unitari

- Peso proprio del pannello

gp=0.15 kN/m2

- Peso proprio dell’arcareccio

ga=0.15 kN/m

Azioni sulla capriata

Nodo Esterno

Nodo Interno

kN 96.120.410.215.020.415.0iigigG capca'int,a ≈⋅⋅+⋅=⋅⋅+⋅=

kN 29.120.42

10.215.020.415.0i

2

igigG c

apca

'ext,a ≈⋅⋅+⋅=⋅⋅+⋅=

G’a,extG’a,int





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Sovraccarichi permanenti su modello FEM

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Sovraccarichi permanenti

Valori unitari

- Peso proprio del pannello

gp=0.15 kN/m2

- Peso proprio del trav. portabaraccatura

gt=0.15 kN/m

Azioni (uniformemente distribuite) sulle colonne

N/mm 95.0kN/m 95.0

00.2

20.415.020.415.0

i

igigg

t

ctcp

'c

=≈

⋅+⋅=

⋅+⋅=

- Interasse dei travv. portabaraccatura

it=2.00 m

g’c g’c





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Sovraccarichi permanenti colonne su modello FEM

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Variazioni termiche

Combinazioni di carico




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D.M. 14 / 01 / 2014

Azioni variabili da considerare:

- Azione della neve Qs;

- Azione del vento “trasversale” Qw,trasv;

- Azione del vento “longitudinale” Qw,long;

- Azione della variazione di temperatura.

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D.M. 14 / 01 / 2014





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D.M. 14 / 01 / 2014

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Definizione delle combinazioni di carico




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D.M. 14 / 01 / 2014

Combinazioni di carico allo Stato Limite Ultimo (SLU):

( )d,SLU01 k k s wF 1.3 G G' 1.5 Q 1.5 0.60 Q= ⋅ + + ⋅ + ⋅ ⋅SLU01

( )d,SLU02 k k w sF 1.3 G G' 1.5 Q 1.5 0.50 Q= ⋅ + + ⋅ + ⋅ ⋅SLU02

d,SLU03 k k w tF G G' 1.5 Q 1.5 0.6 Q∆

= + + ⋅ + ⋅ ⋅SLU03

SLU04 ( )d,SLU04 k k w,long sF 1.3 G G' 1.5 Q 1.5 0.50 Q= ⋅ + + ⋅ + ⋅ ⋅

(da definire sul modello piano a meno del vento longitudinale il cui

effetto sarà valutato considerando uno schema diverso da quello del

telaio trasversale)

Combinazioni di carico allo Stato Limite Ultimo (SLE):

wkk01SLE,dQ'GGF ++=SLE01





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Costruzione di un modello FEM




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Esecuzione dell’analisi

Sforzi normali per le 4 combinazioni allo SLU




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Verifica degli elementi compressi




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Cla

ssific

azio

ne d

elle

sezio

ni

M

χχχχ

My

Mpl

Class 1

Class 2

Class 3

Class 4

- Classe 1 Cθ>3.0;- Classe 2 Cθ>1.5;

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Cla

ssific

azio

ne d

elle

sezio

ni





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Cla

ssific

azio

ne d

elle

sezio

ni

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Cla

ssific

azio

ne d

elle

sezio

ni





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Elementi semplici

M

kd

RR

γ=

2y,0

y2

y,crl

EIN

π=

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Ele

menti c

om

posti





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Instabilità di aste composte per carico assiale

Aste Composte

Tralicciate

Calastrellate

Aste affiancate

collegate da

calastrelli o

imbottiture

Aste a correnti

distanziati

SLU per instabilità

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91


Elementi composti: Prescrizioni normative

Circolare 617/2009 - Nuove norme tecniche costruzioni DM 14-01-2008





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92


Elementi composti: Prescrizioni normative

Circolare 617/2009 - Nuove norme tecniche costruzioni DM 14-01-2008

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Instabilità di aste composte per carico assiale:

aste a correnti ravvicinati

Aste affiancate

collegate da

calastrelli o

imbottiture

mini15a ⋅≤

minmin i50ai15 ⋅≤<⋅

y

y,0y

i

l=λ

z

z,0z

i

l=λ

y

y,0y

i

l=λ

21

2zeq,z λλλ +=

min1

i

a=λ





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94


Nel caso di mambrature calastrellate

costiuite da elementi ravvicinati, la verifica di

stabilità in compressione si può condurre

come per le membrature semplici, ma

introducendo una snellezza equivalente:

y

y,0y

l

ρ=λ

z

z,0z

l

ρ=λ

21

2zeq,z λ+λ=λ

1min,1

a

ρ=λ

Raggio minimo

d’inerzia dell’elemento

collegato

(D.M. 9/01/96 – C.N.R. 10011/99)1

50

40

per S 235 e S275

per S 355

λ ≤

Elementi composti

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Elementi composti

A questo punto è possibile definire le snellezze specifiche (o

adimensionali) :

p

yy

λ

λ=λ

z,eqz

p

λλ =

λ ay

ap

f

E⋅π=λ

Scelte le curve di stabilità:

- Elementi ad “U” -> curva “c” (α=0.49);

- Elementi a “L” -> curva “b” (α=0.34);

Verifica delle Membrature della Capriata




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Verifica delle membrature della capriata




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Risultati dell’analisi strutturale

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Verifica del corrente superiore

98


Frame Station OutputCase A db tw Anet fak ftk P V2 M3

Text mm Text [mm2] [mm] [mm] [mm2] [MPa] [MPa] [N] [N] [Nmm]

0,00 -70842 -257 443529

2002,50 -70794 700 0

0,00 -25211 -491 -25877

2002,50 -25164 465 0

0,00 4991 -637 -317123

2002,50 5039 320 0

0,00 -67868 -247 462066

2002,50 -67820 709 0

0,00 -70793 -722 0

2002,50 -70841 234 488315

0,00 -25162 -503 0

2002,50 -25209 454 48767

0,00 5041 -357 0

2002,50 4993 599 -242479

0,00 -67820 -709 0

2002,50 -67868 247 462066

2690 12 6 2534 235 360

23

COMB1SLU

COMB2SLU

COMB3SLU

COMB4SLU

24

COMB1SLU

COMB2SLU

COMB3SLU

COMB4SLU

2UPN100/10

23 24


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50





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Classificazione della sezione

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23 24

2UPN100/10

c=100-2(8.5+8.5)=66 mm

t=6 mm

c/t=11

0.1f

235

yk

==ε

Anima in Classe 1





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100


2UPN100/10

23 24

2UPN100/10

c = 50 - (8.5+6.0) = 35.5 mm

t=8.5 mm

c/t=4.17

Ala in Classe 1

La sezione del corrente superiore è in Classe 1

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Verifica a trazione

101


N 1081,65625,1

36025349,0fAN 1005,602

05,1

2352690AfN 3

2M

tknet3

0M

akRd,t ⋅=

⋅⋅=

γ≤⋅=

⋅=

γ=

Frame Station OutputCase A db tw Anet fak ftk NEd,max Nt,Rd

Text mm Text [mm2] [mm] [mm] [mm2] [MPa] [MPa] [kN] [kN]

0,00

2002,50

0,00

2002,50

0,00

2002,50

0,00

2002,50

0,00

2002,50

0,00

2002,50

0,00

2002,50

0,00

2002,50

2690 12 6 2534 5,04235 360 602,05

23

COMB1SLU

COMB2SLU

COMB3SLU

COMB4SLU

24

COMB1SLU

COMB2SLU

COMB3SLU

COMB4SLU

≤

Sebbene il corrente superiore sia prevalentemente compresso, alcune delle sue aste,sotto certe combinazioni di carico, possono risultare tese.





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Verifica a compressione

102


Frame A fak NEd,min Iy Iz l0,y l0,z ρρρρmin,1 a λλλλy λλλλz λλλλz,eq λλλλp

Text [mm2] [MPa] [kN] [mm4] [mm4] [mm] [mm] [mm] [mm]

51,25 79,31 91,37 93,912002,50 2002,50 14,71 667,502690 70,84235 4106088 1714965

23

24

z

z,0z

l

ρ=λ

21

2zeq,z λ+λ=λ

1min,1

a

ρ=λ

ay

ap

f

E⋅π=λ

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Frame A fak NEd,min λλλλy λλλλz αααα ΦΦΦΦy ΦΦΦΦz χχχχy χχχχz χχχχmin Nt,Rd

Text [mm2] [MPa] [kN] [kN]

334,611,163 0,817 0,556 0,5560,546 0,973 0,49 0,7342690 70,84235

23

24




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Verifica del corrente inferiore

104


2L80x40x6/105 14

Frame Station OutputCase A db tw Anet fak ftk P V2 M3

Text mm Text [mm2] [mm] [mm] [mm2] [MPa] [MPa] [N] [N] [Nmm]

0,00 4621 -151 0

2000,00 4621 199 -47986

0,00 49141 -158 0

2000,00 49141 192 -33783

0,00 58522 -157 0

2000,00 58522 194 -36610

0,00 -30868 -140 0

2000,00 -30868 211 -71449

0,00 -69669 -223 -95357

2000,00 -69669 128 0

0,00 -74676 -232 -112735

2000,00 -74676 119 0

0,00 -65295 -233 -115563

2000,00 -65295 118 0

0,00 -30868 -211 -71449

2000,00 -30868 140 0

COMB3SLU

COMB4SLU

5

COMB1SLU

COMB2SLU

COMB3SLU

COMB4SLU

14

COMB1SLU

COMB2SLU

235 3601378 12 6 1222


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53




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105



5 14

2 L80x40x8

h=80 mm

t=6 mm

h/t=13,34

0.1f

235

yk

==ε

Classe 3

1062

4080=

⋅

+




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Verifica a trazione

106



N 1075,31625,1

36012229,0fAN 1041,308

05,1

2351378AfN 3

2M

tknet3

0M

akRd,t ⋅=

⋅⋅=

γ≤⋅=

⋅=

γ=

≤

Sebbene il corrente inferiore sia prevalentemente teso, alcune delle sue aste, sotto certecombinazioni di carico, possono risultare compresse.

Frame Station OutputCase A db tw Anet fak ftk NEd,max Nt,Rd

Text mm Text [mm2] [mm] [mm] [mm2] [MPa] [MPa] [kN] [kN]

0,00

2000,00

0,00

2000,00

0,00

2000,00

0,00

2000,00

0,00

2000,00

0,00

2000,00

0,00

2000,00

0,00

2000,00

COMB3SLU

COMB4SLU

5

COMB1SLU

COMB2SLU

COMB3SLU

COMB4SLU

14

COMB1SLU

COMB2SLU

58,52235 360 308,411378 12 6 1222

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z

z,0z

l

ρ=λ 2

12

zeq,z λ+λ=λ1min,

1

a

ρ=λ

Frame A fak NEd,min Iy Iz l0,y l0,z ρρρρmin,1 a λλλλy λλλλz λλλλz,eq λλλλp

Text [mm2] [MPa] [kN] [mm4] [mm4] [mm] [mm] [mm] [mm]

1152000 487143

5

14

74,682351378 2000,00 2000,00 8,36 400,00 69,17 106,37 116,64 93,91




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108



Frame A fak NEd,min λλλλy λλλλz αααα ΦΦΦΦy ΦΦΦΦz χχχχy χχχχz χχχχmin Nt,Rd

Text [mm2] [MPa] [kN] [kN]

5

14

74,682351378 0,737 1,242 0,49 0,903 127,751,527 0,702 0,414 0,414

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Verifica delle colonne

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Verifica delle membrature

HE 280 B1 2

Frame Station OutputCase CaseType N V2 M3 NEd VEd My,Ed

Text mm Text Text [N] [N] [Nmm] [kN] [kN] [kNm]

1 0 COMB1SLU Combination -47210 22180 65269234

1 4000 COMB1SLU Combination -41442 10660 -412402

1 8000 COMB1SLU Combination -35674 -860 -20014038


1 4000 COMB2SLU Combination 4182 21218 -3966854


1 0 COMB3SLU Combination 19205 40528 118159414



1 0 COMB4SLU Combination -63672 -2504 -7634732

1 4000 COMB4SLU Combination -57904 -2504 2379585

1 8000 COMB4SLU Combination -52136 -2504 12393903













22,18

40,42

40,53

2,50

21,02

31,58

31,47

2,50

71,70

108,97

110,12

12,39

65,27

119,30

118,16

12,39

75,63

48,96

28,17

63,67

47,21

1,59

-19,20

63,67




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Verifiche di resistenza

110



Frame Station NEd VEd My,Ed Npl,y,Rd Vc,Rd Mpl,y,Rd n a MN,y,Rd

Text mm [kN] [kN] [kNm] [kN] [kN] [kNm] [kNm]

0

4000

8000

0

4000

8000

0

4000

8000

0

4000

8000

0

4000

8000

0

4000

8000

0

4000

8000

0

4000

8000

1

2

0,23

343,42

343,42

343,42

343,42

343,42

343,42

343,42

343,42

343,42530,95

0,02

0,00

-0,01

0,02

0,03

0,02

0,01

0,02

2939,96

22,18

40,42

40,53

2,50

21,02

31,58

31,47

2,50

71,70

108,97

110,12

12,39

65,27

119,30

118,16

12,39

75,63

48,96

28,17

63,67

47,21

1,59

-19,20

63,67

a5,01

n1MM Rd,y,plRd,y,N

−

−⋅=

Rd,pl

Ed

N

Nn =

A

bt2Aa f−

=

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Verifiche di stabilità

112



Scelta della luce libera di inflessioneScelta della luce libera di inflessione

Inflessione attorno all’asse forte (y)

A vantaggio di sicurezza si assume che la capriata

esclusivamente da vincolo rispetto agli spostamenti

relativi e non rispetto alle rotazioni.

β=2.0 lo,y = 2h = 16 m

h=

8000

Inflessione attorno all’asse debole (z)

Per la presenza del controvento

longitudinale, non sono consentiti

spostamenti longitudinali dell’estremo

superiore e quindi si può assumere:

β=1.0 lo,z = H = 9.5 m

H=

9500

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113



Frame Npl,Rd lo,y lo,z Ncr,y Ncr,z λλλλy λλλλz ΦΦΦΦy ΦΦΦΦz χχχχy χχχχz χχχχmin

Text [kN] [mm] [mm] [kN] [kN]

0,4381,506 1,567 0,471 0,4382939,96 16000,00 9500,00 1560,15 1514,45

1

2

1,373 1,393

2y,0

y2

y,crl

EIN

π=

ααααy ααααz

0,34 0,49




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Per la verifica di resistenza e stabilità delle colonne è necessario tener

conto dello stato tensionale di presso-flessione:

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Nel caso di momento flettente lineare lungo l’asse della colonna, si può

assumere:

Nel caso di momento flettente non-lineare lungo l’asse della colonna, si

può assumere:

Ed,mEd,eq M3,1M ⋅= dove Mm,Ed è il valor medio del momento diprogetto allo SLU lungo ‘asse della colonna

max,EdEd,eqmax,Ed MMM75,0 ≤≤⋅ed in ogni caso:

CNR 10011/97




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0,20

1,00

Profili HE B

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z

PROSSIMA LEZIONE




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PROGETTO DI UN CAPANNONE IN ACCIAIO:

Progetto e verifica delle unioni

Comportamento in direzione longitudinale

Verifica delle fondazioni allo slu (str)

Instabilità flesso-torsionale delle capriate

Esempio di tavole esecutive


Martedì 29 / 04 / 2014Ore 15:00 – 19:00

01 Capannone

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