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La prefabbricazione vista come mezzo per il raggiungimento di un elevato livello di produzione industrializzata nelle costruzioni richiede: - produzione di elementi di grandi dimensioni che possono essere montati rapidamente senza impiego di molte ore lavorative; - produzione di elementi dotati di un alto livello di finitura sempre allo scopo di ridurre l’impiego di lavoro manuale per eventuali successivi lavori di completamento Concetti generali

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La prefabbricazione vista come mezzo per il raggiungimento di un elevato livello di produzione industrializzata nelle costruzioni richiede:

- produzione di elementi di grandi dimensioni che possono essere montati rapidamente senza impiego di molte ore lavorative;

- produzione di elementi dotati di un alto livello di finitura sempre allo scopo di ridurre l’impiego di lavoro manuale per eventuali successivi lavori di completamento

Concetti generali

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si può definire un grado di prefabbricazione p

ove Cpref indica il costo degli el. pref. a piè d’operaCmont indica il costo del montaggioCfinit indica il costo delle finiture

finitmontpref

pref

CCCC

p++

=

- prefabbricazione pesante (o a ciclo chiuso)

- prefabbricazione leggera (o a ciclo aperto)

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Vantaggi delle strutture prefabbricate

•aumento della produttività dell’ora lavorativa• riduzione dei costi di fabbricazione• riduzione dei tempi di fabbricazione (la velocità di esecuzione può aumentare tenendo conto anche di eventuali attività poste in parallelo – getto di fondazione, squadre su più piani• indipendenza dei lavori da molti fattori ambientali• impiego di materiali speciali

necessita di progettazione di dettaglio preventiva determinante ai fini della qualità

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Quando?

Piante regolari con elevati gradi di ripetibilità delle tipologie nodali, delle luci e degli elementi strutturali.

In assenza di queste condizioni si può sempre ricorrere ad una prefabbricazione parziale con ulteriori vantaggi:

•ottimizzazione strutturale grazie alla precompressione ed all’uso di materiali avanzati•ottimizzare l’aspetto ed il grado di finitura (progettista può ispezionare gli elementi prima che questi siano trasportati in sito e montati)•rispetto delle tolleranze: minimizzazione e controllo statistico, sebbene il progettista debba considerare quelle relative al montaggio•progetto degli elementi deve tenere in conto la presenza degli impianti•assicurazione della qualità e certificazione del prodotto

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L’assicurazione della qualità e la certificazione del prodotto è assicurata in stabilimento:

a) con programmi di controllo in continuob) da un piano di certificazione con supervisione di un organo indipendente (ICMQ)

Le norme di riferimento sono le ISO 9001 e le EN 29001

I fattori che influenzano la qualità sono:completezza degli ordini di lavoro e dei disegni dei prodottitest ed ispezione dei materiali selezionati per l’usoqualità delle attrezzature meccanicheproporzioni e cura del mix designprocedure di sformo, di stoccaggio e di maturazionecura della maturazione sulle piste di precompressionecontrollo delle dimensioni e delle tolleranzecura nel trasporto e nel montaggio

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Design by testing: possibilità di testare il comportamen-to del manufatto per quantificare la bontà dei modelli di calcolo

Considerazioni preliminari di progettoChi progetta?A fianco dell’ingegnere e dell’architetto si affianca l’ingegnere della ditta di prefabbricati in modo da trarre i massimi vantaggi dalla tecnologia produttiva.

Bacino di utenza:trasporto: su gomma 150-350 kmsu rotaia o via acqua ≤ 1000 km

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Shear wall

Core

9.6

7.2

7.27.27.27.2 7.2

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Principali tappe con riferimento ad un edificio-uffici:

1. tracciamento della pianta distributiva del generico piano individuando la circolazione orizzontale e verticale

2. selezione del sistema di prefabbricazione (es.: sistema ad ossatura portante con pannelli di facciata appesi, scelta della griglia travi-pilastri (es.:7.2x7.2 e 7.2x9.6)

3. scelta del posizionamento degli elementi di stabilizzazione del sistema

4. scelta e predimensionamento di pilastri, travi e solai (es.: 300x400;beams; hollow cores) basati su cataloghi dei prefabbricatori

5. scelta degli elementi di facciata

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Selezione del sistema di prefabbricazione

Ogni prefabbricatore vanta un proprio sistema, ma il progettista deve operare una classificazione generale che va poi specializzata. Il sistema selezionato condiziona le scelte successive.

E’ poi possibile operare con costruzioni ‘miste’ da non confondere con ‘composite’. Le strutture prefabbricate risultano compatibili con:- cls gettato in opera- muratura- lamiere grecate di copertura, profili di acciaio- facciate realizzate con altri materiali (lamiera grecata, ecc.)- legno

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Criteri generali di progetto

I sistemi strutturali presenti nelle consuetestrutture prefabbricate sono in genere cosìclassificabili :

• sistemi a telaio (frame systems)

• sistemi controventati (braced skeletal systems)

• sistemi a pannelli portanti (bearing walls)

•sistemi scatolari (cell systems; boxes, U,L,T units)

• facciate (facades)

• orizzontamenti prefabbricati (precast floors and roofs)

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• La stabilità e la sicurezza devono essere assicuratein tutte le fasi della costruzione, anche quandoalcune connessioni non risultano attive.

Sistemi di stabilizzazione

• La stabilità dell’assieme nei confronti delle azioniorizzontali richiede spesso l’introduzione di appositicomponenti.

• I più comuni sistemi di stabilizzazione sono: le colonnee i muri agenti a mensola, nuclei (cores) scatolari agentia mensola (L,T,U o combinazioni), funzionamento a telaio con passaggio nei nodi di flessione e torsione(sistemi ad H o particolari connessioni)

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• 2 ordini di travatura• lastre di copertura realizzate con qualunque tipo di materiale• minima azione di diaframma nella copertura

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Edifici industriali:

• travi secondarie ed elementi a doppio T nella copertura con minima azione di diaframma in direzione orizzontale

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Sistemi usati per piccoli edifici industriali

La stabilità della strutturarichiede forze di taglioelevate nei giunti del piano di copertura

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Wind suction

Wind suction

Wind suction

Wind pressure

TensionCompression Shear

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Edifici pluripiano intelaiati senza controventi sonorealizzabili fino ad un massimo di 12m. Richiedonopiccole forze nei giunti e azioni minime nell’azione di diaframma.

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L’azione di diaframma necessita iltrasferimento delle:

- forze di taglio dai diaframmi- e nei giunti longitudinali

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Edifici industriali:• linea separata di colonne per il piano mezzanino• piccole forze nei giunti e minima azione di diaframmanella copertura

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Sistema prevalentemente usatoper piccoli centri commerciali

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Compression

Wind pressure

Compression

Tension

Tension

Shaft

Shear wallDiaphragms

Wind suction

Wind suction

Wind suctionShear forces

Shear forces

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Edifici ad uso uffici

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La stabilità della struttura è basata su forze agenti nel piano degli elementi bidimensionali e dalle colonne interne (sistemacombinato):• forze elevate nei giunti• copertura con funzione di diaframma

Sistemi usati per grandiedifici industriali

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La stabilità della struttura è affidata ad elementi che reagiscono nel loro piano

• Trasferimento di forze elevate nei giunti• I piani agiscono come diaframmi• I pannelli di facciata devono avere connessioni rigide con i pannelli verticali

Sistema usato per edifici residenziali e ad uso uffici

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La stabilità della struttura è affidata ad elementi che reagiscono nel loro piano

Sistema usato per edifici residenziali e ad uso uffici limitati a due o tre piani

• I pannelli di facciata sostengono i piani

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Sistema usato per edifici residenziali e ad uso uffici limitati a due o tre piani

• I pannelli di facciata sostengono i piani !

La stabilità della struttura è affidata ad elementi che reagiscono nel loro piano

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Precast construction in Norway - systems - shear wall structures

Office building

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Precast construction in Norway - systems - shear wall structures

Office building

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Precast construction in Norway - systems - shear wall structures

The stability of the structure is based on forces in the elements own plane:- Requires transfer of relatively large forces in the joints.- The floors must act as diaphragms.- The steel beams may serve as tie reinforcement in the floor diaphragms.

System used for office buildings.

A very common method of construction in Scandinavia during the last decade has become hollow core slabs on steel frames:

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Precast construction in Norway - systems - shear wall structures

The shear walls are still normally precast in these steel frames.

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La distribuzione delle forze orizzontali dipende:

• rigidezza delle componenti di stabilizzazione

• risposta deformativa nel piano

• posizione dei componenti di stabilizzazione(possibili effetti torsionali)

• posizione dei giunti di dilatazione (ogni 80 m circa negli orizzontamenti se la struttura è rettangolareo piana o ogni 60 m se la struttura non è rettangolare a seconda delle condizioni climatiche, del tipo di struttura, del tipo di fondazione, …)

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Integrità strutturale

Occorre minimizzare a livello di progetto gli effetti di danni accidentali (cedimenti, esplosioni, collisioni di veicoli o aerei, venti eccezionali):

• eliminando laddove possibile rotture locali

• evitando situazioni di collasso progressivo!!!