Corso di: COSTRUZIONI METALLICHE – A.A. 2013/14 Allievi di Ingegneria Civile – 6 crediti

Docente: Prof. Ing. Franco Bontempi

Assistente: Ing. Francesco Petrini

Università degli Studi di Roma "La Sapienza",

Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale

Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica

e-mail: franco.bontempi@uniroma1.it - sito web: www.francobontempi.org

Oggetto e obiettivi del corso. Il corso considera i problemi di concezione, di progettazione, di analisi strutturale e di tecnologia delle

costruzioni metalliche, con particolare riguardo a quelle in acciaio. Alla fine del corso, lo Studente: 1)

completerà ed estenderà le conoscenze teoriche e i procedimenti operativi per l’analisi ed il progetto delle

costruzioni metalliche; 2) avrà competenze per concepire, progettare e verificare costruzioni complesse, in

particolare edifici alti; acquisirà capacità 3) di giudizio e di 4) comunicazione di idee, informazioni, dati,

problemi e soluzioni relativi alle costruzioni metalliche; inoltre, 5) potrà sviluppare attività di ricerca su temi

piu' moderni e specialistici relativi alle costruzioni metalliche.

Programma del corso.

Parte I: Attività di progetto e concezione strutturale.

- Il processo di progettazione e la sua organizzazione operativa. Attività e strumenti a supporto della

progettazione. Ruolo e responsabilità professionali. Quadro normativo. Lo sviluppo delle conoscenze

nell’ingegneria. Le interazioni strategiche. Lo sviluppo storico del processo di progettazione. Processi

decisionali e attività di problem-solving. - Requisiti strutturali: rigidezza, resistenza, stabilità, duttilità, durabilità robustezza, resilienza,

sostenibilità. Sicurezza ed affidabilità. Fidatezza strutturale (dependability). Concetto di qualità.

Considerazioni sulla estetica delle strutture in acciaio. - Filosofie di progetto. Valori: regolarità, simmetria, prevedibilità. Conceptual design. Progettazione

prestazionale e prescrittiva. Progettazione per evoluzione e per innovazione. Progettazione per

integrazione e per specializzazione. Ridondanza strutturale, continuità, compartimentazione.

Parte II: Organizzazione del sistema strutturale.

- Sistema strutturale. Scomposizione strutturale. Principio di De Saint Venant. B- e D-Regions.

- Ambiente di progetto. Scenari di contingenza. Incertezze. Imperfezioni e scenari di danno.

- Concezione strutturale di edifici in acciaio. Schemi strutturali per edifici industriali e per edifici alti.

Meccanismi resistenti per le azioni verticali e per quelle verticali. Sistemi di controventamento

concentrici ed eccentrici. Ottimizzazione della configurazione strutturale. Classificazione e

caratteristiche dei giunti strutturali. Influenze sul comportamento strutturale. Interazione con il suolo.

Parte III: Composizione degli elementi strutturali e dei collegamenti.

- Configurazione e composizione di travi. Individuazione delle zone di dissipazione plastica.

Localizzazione delle cerniere plastiche. Travi alveolari.

- Configurazione e composizione di orizzontamenti (solai). Sistemi misti acciaio-calcestruzzo.

- Sezioni tubolari e loro composizione.

- Configurazione e caratterizzazione dei nodi semirigidi.

Parte IV: Analisi e sintesi strutturale.

- Formulazione, discretizzazione e soluzione di problemi strutturali relativi a costruzioni metalliche:

analisi elastica, analisi non lineare, analisi limite e ottimizzazione strutturale. Modellazioni avanzate e

implementazione operativa ai fini progettuali. Verifiche prestazionali mediante calcolo automatico.

- Progetto automatico. Ottimizzazione strutturale locale (sizing) e globale (topologica).

- Stabilità dell’equilibrio nelle struture metalliche. Fenomeni d’instabilità globale e locale. Problemi

euleriani e non. Effetti del secondo ordine e imperfezioni. Determinazione del carico critico. Non

linearità geometrica e grandi spostamenti. Effetto P- ∆. Bowing effect. Ponding effect. Instabilità flesso-

torsionale. Instabilità delle strutture metalliche bidimensionali. Aspetti algoritmici e numerici.

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- Analisi limite. Definizione di cerniera e momento plastico. Legge momento-curvatura e fattore di forma.

Moltiplicatore di collasso. Teorema statico e cinematico. Metodo statico e metodo cinematico. Domini di

resistenza. Fattore di efficienza. Interazione tra instabilità e plasticità.

Parte V: Problemi speciali.

- Modellazione dell'interazione suolo-fondazione-struttura.

- Modellazione dei fenomeni dinamici legati a sisma e vento.

- Fatica nelle costruzioni metalliche. Fenomenologia. Identificazione dei cicli di carico. Curve S-N.

Metodi di conteggio. Verifica a fatica. Definizione dei dettagli costruttivi.

- Modellazione in campo non lineare ai fini della valutazione della robustezza e della duttilità alle diverse

scale strutturali.

- Sicurezza strutturale nei confronti dell'incendio. Modellazione dell'influenza della temperatura sul

comportamento materiale e riflessi sull'organismo strutturale.

- Costruzioni offshore. Strutture di supporto alle piattaforme, alle turbine eoliche. Piping.

- Aspetti normativi. Processi e tecniche produttive industriali. Qualità e relativi strumenti. Cenni di teoria

dell’organizzazione. Identificazione, certificazione ed accettazione dei materiali e dei componenti ad uso

strutturale. Principio di precauzione e problemi di sostenibilità.

Bibliografia consigliata.

Aspetti di base

• F. Bontempi, S. Arangio, L. Sgambi, Tecnica delle Costruzioni. Basi della progettazione – Elementi

intelaiati in acciaio, Carocci Editore, 2008.

• S. Arangio, F. Bucchi, F. Bontempi, Progettazione di strutture in acciaio, Flaccovio Editore 2010.

• DEI, Manuale di progettazione strutturale, 2008.

• B. Gorenc, R. Tinyou, A. Syam, Steel Designer’s Handbok, UNSW Press, 2005.

• N.S. Trahair, M.A. Bradford, D.A. Nethercot, L. Gardner, The Behaviour and Design of Steel Structures

to EC3., Taylor & Francis, 2008.

• K. Roik, Vorlesungen uber Stahlbau., Ernst & Sohn, 1978.

• P. Maitre, Formulaire de la construction metallique, Le Moniteur, 1997. Sistemi strutturali

• S. Engel, Structural Systems., Hatje Verlag 1997.

• S. Taranath, Steel, Concrete, & Composite Design of Tall Buildings, Mc-Graw Hill, 1997.

• T. V. Galambos, Stability Design Criteria for Metal Structures, John Wiley & Sons., 1998.

• D. Dutta, Structures with Hollow Sections, Ernst & Sohn Verlag, 2002.

• J. K. Paik, A. Kumar Thayamballi, Ultimate Limit State Design of Steel-Plated Structures, Wiley, 2003.

• B. Bresler, T.Y. Lin, J.B. Scalzi, Design of Steel Structures, Wiley, 1968. Problemi speciali

• McGuire W., Gallagher R.H., Ziemian R.D., Matrix Structural Analysis, Wiley, 2000.

• W.F. Chen, S. Toma, Advanced Analysis of Steel Frames, CRC Press, 1994.

• W.F. Chen, Y.Goto, J.Y. R. Liew, Stability Design of semi-rigid frames, 1996.

• M. Bruneau, Chia-Ming Uang, A. Whittaker, Ductile Design of Steel Structures, 1998.

• D. Englekirk, Steel Structures: Controlling Behavior through Design, Wiley, 1994.

• A.D. Buchanan, Structural Design for Fire Safety, Wiley, 1991. Norme

• Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/08).

• Istruzioni CNR 10011/97, CNR 10024/86 - Eurocodici.

Modalità d'esame.

Questo corso di sintesi è inserito all'ultimo anno del percorso formativo degli Allievi in Ingegneria Civile

indirizzo Strutture. L'esame consiste in una prova orale sugli aspetti teorici alla base dell’analisi e della

progettazione di costruzioni metalliche e nella presentazione e discussione dell’elaborato o del progetto

strutturale e della relazione di calcolo che lo Studente concorda con il Docente e sviluppa a partire dagli

elementi forniti durante le lezioni e le esercitazioni. Le valutazioni numeriche sono sviluppate con codici di

calcolo automatico quali SAP2000, STRAUS7, ANSYS, NASTRAN, ALGOR, ADINA, ABAQUS.

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Descrizioni di sintesi.

COSTRUZIONI METALLICHE – 6 crediti.

Il corso considera i problemi di progettazione, di analisi strutturale e di tecnologia delle costruzioni

metalliche, con particolare riguardo a quelle in acciaio. Durante il corso, sono fornite le conoscenze che

permetteranno allo studente di avere le competenze per concepire, progettare e verificare costruzioni

complesse, in particolare edifici alti. Gli argomenti principali del corso sono: I) il processo di progettazione

e la sua organizzazione operativa, il quadro normativo, le filosofie di progetto; II) l’organizzazione del

sistema strutturale e la sua scomposizione, gli schemi strutturali per edifici industriali e per edifici alti, i

sistemi di controventamento, l’ottimizzazione della configurazione strutturale; III) la composizione degli

elementi strutturali e dei collegamenti; IV) l’analisi e la sintesi strutturale delle costruzioni metalliche, il

comportamento plastico, i fenomeni di instabilità, il progetto automatico; V) i problemi speciali quali

fenomeni di interazione con il suolo e fenomeni dinamici come vento e sisma, fatica nelle costruzioni

metalliche, sicurezza strutturale nei confronti dell'incendio, costruzioni offshore.

METAL CONSTRUCTIONS – 6 credits.

The objects subjects of the course are the design, the structural analysis, and the technology of the

constructions made by metallic materials. Special attention is devoted to steel. During the course, the

Student will acquire the competence to design, analyze, assess and document complex structural systems,

specifically high rise buildings. The principal topics are: I) the design process and its organization from the

operative point of view, the national and international standards, the design principles; II) the organization

of the structural system and its breakdown, the definition of structural schemes for industrial and high rise

buildings, bracing systems, structural configuration optimization; III) the composition of elements and

connections; IV) the structural analysis and the synthesis of metal constructions, plastic behavior, instability

phenomena, computer aided automatic design; V) the special problems like soil-structure interaction,

dynamic actions as wind and earthquakes, fatigue phenomena, structural fire resi stance, offshore

constructions.

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