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NAPOLI, 17 dicembre 2010 LE NUOVE STRUTTURE IN ACCIAIO Università degli Studi di Napoli Federico II [email protected] www.raffaelelandolfo.it Raffaele Landolfo CORSO PER COLLAUDATORI

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NAPOLI, 17 dicembre 2010

LE NUOVE STRUTTURE IN ACCIAIO

Università degli Studi di Napoli Federico II

[email protected]

www.raffaelelandolfo.it

Raffaele Landolfo

CORSO PER COLLAUDATORI

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INDICE

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche

• Considerazioni introduttive

• Criteri di progetto per le strutture di acciaio

• Regole di dettaglio per strutture dissipative

• Regole di dettaglio per le strutture intelaiate (MRF)

• Regole di dettaglio per i controventi concentrici (CBF)

• Regole di dettaglio per i controventi eccentrici (EBF)

• Considerazioni conclusive

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Considerazioni Introduttive

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 3Prof. R. Landolfo

CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE

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Le norme: generalità

Principali normative sismiche

• Ordinanza della P.C. n. 3274

• CEN, EN 1998-1 (2005)Eurocode 8: Design of structures for

earthquake resistence

• ECCS n.54 (First edition 1988)European recommendations for steel

structures in seismic zones

Prerogative e/o aspetti innovativi

Diverse strategie di progettazione

Filosofia di progetto agli Stati Limite

Approccio MULTIPRESTAZIONALE

Norme specifiche per ogni tipologia costruttiva (ca, acciaio, murature, legno, etc)

• D.M. 14.09.2005 Norme Tecniche

IN EUROPA

IN ITALIA

• D.M. 14.01.2008 Norme Tecniche

Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 4Prof. R. Landolfo

Considerazioni Introduttive

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• Multi-Livelli di intensità sismica

• Multi-Livelli di prestazioneObiettivi di progetto

•Definizione di diversi livelli di prestazione (performance) daassumere come riferimento per la progettazione sismica

•Definizioni di corrispondenti livelli di intensità sismica associati aduna determinata probabilità di superamento ed in funzione di unarco temporale di riferimento per la vita della costruzione

•Classificazione delle costruzioni in funzione della loro destinazioned’uso e del ruolo che devono svolgere nella fase post evento

Aspetti chiave

Performance Based Seismic Design

Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 5Prof. R. Landolfo

Considerazioni Introduttive

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Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 6Prof. R. Landolfo

Considerazioni Introduttive

SLD

SLO

SLV

SLC

SLO (Stato Limite di Operatività): la costruzione nel suo complesso, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi

SLV (Stato Limite di salvaguardia della Vita): a seguito del terremoto la costruzione subisce significativi danni dei componenti strutturali

SLE

SLU

SLD (Stato Limite di Danno): la costruzione nel suo complesso, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali

SLC (Stato Limite di Collasso): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali

LIVELLI PRESTAZIONALI

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Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 7Prof. R. Landolfo

Considerazioni Introduttive

Stati Limite fondamentali

Stato Limite di Danno (SLD)

• Livello prestazionale:

Il sistema (includendo anche gli elementi non

strutturali) non deve subire gravi danni,

conservando intatta la sua funzionalità.

• Evento:

Sisma moderatamente frequente Tr=50 anni

(Terremoto di servizio o di I Livello)

• Parametro di prestazione:

Deformabilità o Rigidezza

Stato Limite Ultimo (SLU)

• Livello prestazionale:

Il sistema pur subendo danni di grave entità

agli elementi strutturali deve garantire la

salvaguardia delle vite umane.

• Evento:

Sisma raro Tr=475 anni.

(Terremoto Distruttivo o II Livello)

• Parametro di prestazione:

Resistenza (R)

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F0 = fattore che quantifica l’amplificazione

spettrale massima (min 2,2)

Tc* = periodo a cui corrisponde l’inizio del

tratto a velocità costante dello spettro

L’azione sismica (NTC / 08)

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 8Prof. R. Landolfo

ag = accelerazione di picco o PGA

S = fattore per categoria di suolo

= fattore di smorzamento (per 5%)

PERICOLOSITA’

SISMICA DI BASE

T

Sa

TDTB TC

Spettro elastico

in termini

di accelerazioni

Se

ag · S · · F0

ag·S

Definita in base alla latitudine e alla longitudine del sito

per ciascuna PVR

SPECIFICITA’

LOCALI DEL SITO

Amplificazione stratigrafica (SS CC)

Amplificazione topografica (ST)

TB , TC , TD = periodi di riferimento

in funz. di

F0 e Tc*

Considerazioni Introduttive

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Come fronteggiare accelerazioni

orizzontali di questa intensità

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 9Prof. R. Landolfo

L’azione sismica di progetto

amax = ag · S · · F0 ≈ g

Considerazioni Introduttive

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Moderne strategie di progetto

Sistemi a risposta

Controllata

nell’ingegneria sismica

Sistemi acontrollo passivo

Sistemi a controllo

attivo

Sistemiiper-resistentinon controllati

Isolamentosismico

Sistemi dissipativi

Speciali

Ordinari

Meccanismia massa

Meccanismia massa

Controllorigidezza

Controlloforze

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Considerazioni Introduttive

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La duttilità ed il fattore di struttura q (SLU)

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 11Prof. R. Landolfo

Strutture non

dissipativeMi

k

Fi= (a/g)·Mi·g

11

1 y

max

x

xqFd1

xy1 xmax

F

Fd2Strutture mediamente

dissipative Mi

k

Fi= (a/g)·Mi·g

12

2 y

max

x

xq

xy2

Hp: Equivalenza cinematicaxep=xel

x

Strutture fortemente

dissipativeFd3

xy3

Mi

k

Fi= (a/g)·Mi·g

13

3 y

max

x

xq

Sa

Strutture non diss Sd1=Se

Strutture med. diss.

Sd2 = Se / q2

Strutture alt. diss.

Sd3 = Se / q3

Spettri di progetto

T

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 12Prof. R. Landolfo

L’azione sismica di progetto

Come si progetta

una struttura duttile

Considerazioni Introduttive

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F F

ELEMENTO FRAGILE

Cubo di

calcestruzzo

0.85

fcd

20/00 3.50/00 ec

ELEMENTO DUTTILE

Barretta di acciaio

fy,k

100/00

s

fy,d

ey,d

Es

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 13Prof. R. Landolfo

La duttilità

Considerazioni Introduttive

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1 CASO: la resistenza dell’elemento duttile è più grande dell’elemento fragile

FRD >> FRF

FRF

La resistenza globale sarà governata dall’elemento fragile:

IL COMPORTAMENTO GLOBALE E’ FRAGILE

F F

FRD

x

F

+

F

x

=

x

F

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 14Prof. R. Landolfo

La duttilità

Considerazioni Introduttive

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2 CASO: la resistenza dell’elemento duttile è minore dell’elemento fragile

FRD < FRF

La resistenza globale sarà governata dall’elemento duttile:

IL COMPORTAMENTO GLOBALE E’ DUTTILE

F F

FRD

x

F

FRF

x

F

+

F

x

=

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 15Prof. R. Landolfo

La duttilità

Considerazioni Introduttive

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ESEMPI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE:

• nella struttura

Favorire la crisi

nelle travi

• negli edificiImpalcato

Fondazioni

Elemento duttile

Elemento

sovraresistente

Considerazioni Introduttive

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 16Prof. R. Landolfo

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ESEMPI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE:

• nei collegamentiTrave

Colonna

Elemento fragile

(sovraresistente)

ColonnaColonna

Fondazione

• negli elementiFavorire la crisi per flessione

rispetto a quella per taglio

Rottura a taglio, fragileRottura flessionale, duttile

Considerazioni Introduttive

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 17Prof. R. Landolfo

• nella sezioneElemento fragile

(sovraresistente)

Elemento duttilecrisi lato acciaio

sovraresistenza sezione netta

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 18Prof. R. Landolfo

• Attraverso delle regole di dettaglio si cercherà di conferire la MASSIMA DUTTILITA’ alle

zone dissipative (e quindi all’intera struttura)

• Attraverso dei criteri (GERARCHIA DELLE RESISTENZE) si farà in modo che la

resistenza degli elementi fragili sia sempre maggiore di quella degli elementi duttili

(ELEMENTI SOVRARESISTENTI)

FRF ≥ a FRD

x

Fμ maggiore possibile

Filosofia di Progetto

• Individuazione preliminare degli elementi duttili o zone dissipative, destinate alla

plasticizzazione, e degli elementi fragili, destinati a restare in campo elastico.

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 19Prof. R. Landolfo

Materiale

y

u

e

e 0

Prova a trazione

Parametri meccanici

y

u

f

f0Duttilità Sovraresist.

Membratura

Prova a flessione

Parametri meccanici

Duttilità Sovraresist.y

u

y

pl

M

M

Classificazione delle sezioni (prEN 1993-1-1)

Tipologia e schemastrutturale

Prova di Push-Over

Parametri meccanici

y

u

Duttilità

y

u

a

a Sovraresist.

Livelli di duttilità

II) Duttilità locale

III) Duttilità globale

I) Duttilità puntuale

Duttilità e Sovraresistenza

Considerazioni Introduttive

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IL MATERIALE

Considerazioni Introduttive

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Indagini sperimentali: La prova a trazione

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 21Prof. R. Landolfo

Interpretazione

S235 S420W

F

F

F

F

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 22Prof. R. Landolfo

e (%)

fy,d

ee

E=tan(a)

amm

Il modello meccanico del materiale

fy,maxincrudimento

aleatorietà

ft

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 23Prof. R. Landolfo

LE MEMBRATURE

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 24Prof. R. Landolfo

Prodotti siderurgici

industrializzati

Profilati laminati a

caldo

Laminati piani e coils

Lamiere (t>3mm)Lamierini (t3 mm)

Profili formati a

freddo

Profilati per composizione

saldata

Processo

•Laminazione a caldo

•Laminazione a freddo

• Laminazione a caldo

• Trafilatura (*)

• Lavorazione a freddo

con saldatura (*)

• Laminazione a caldo

con saldatura (*)

IFB SFBAlveolate

Lamiere grecateProfili a Z o C

• Piegatura a freddo

- Profilatura

- Pressopiegatura

- Stampaggio

HE IPE UPN OHS (*)

Le Membrature

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 25Prof. R. Landolfo

plypl WfM WfM yy plyult WfM

fy

Moment

LocalBuckling

fy

Moment

LocalBuckling

fy

Moment

LocalBuckling

Mel

fy

Moment

LocalBuckling

Mel

Model of

Behaviour

Moment

ResistanceRotation Capacity Class

1

1

1

1

1

1

1

1

Sufficient

Limited

None

None

MMpl

MMpl

MMpl

MMpl

1

2

3

4

Plastic moment

on gross section

Plastic moment

on gross section

Elastic moment

on gross section

Plastic moment on

effective section

Mpl

Mpl

Mpl

Mpl

Mel elastic moment resistance of cross-section

Mpl plastic moment resistance of cross-section

M applied moment

rotation (curvature) of section

rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution

across sectionpl

pl

rot

pl

pl

pl

pl

fy

Moment

LocalBuckling

fy

Moment

LocalBuckling

fy

Moment

LocalBuckling

Mel

fy

Moment

LocalBuckling

Mel

Model of

Behaviour

Moment

ResistanceRotation Capacity Class

1

1

1

1

1

1

1

1

Sufficient

Limited

None

None

MMpl

MMpl

MMpl

MMpl

1

2

3

4

Plastic moment

on gross section

Plastic moment

on gross section

Elastic moment

on gross section

Plastic moment on

effective section

Mpl

Mpl

Mpl

Mpl

Mel elastic moment resistance of cross-section

Mpl plastic moment resistance of cross-section

M applied moment

rotation (curvature) of section

rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution

across sectionpl

pl

rot

pl

pl

pl

pl

fy

Moment

LocalBuckling

fy

Moment

LocalBuckling

fy

Moment

LocalBuckling

Mel

fy

Moment

LocalBuckling

Mel

Model of

Behaviour

Moment

ResistanceRotation Capacity Class

1

1

1

1

1

1

1

1

Sufficient

Limited

None

None

MMpl

MMpl

MMpl

MMpl

1

2

3

4

Plastic moment

on gross section

Plastic moment

on gross section

Elastic moment

on gross section

Plastic moment on

effective section

Mpl

Mpl

Mpl

Mpl

Mel elastic moment resistance of cross-section

Mpl plastic moment resistance of cross-section

M applied moment

rotation (curvature) of section

rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution

across sectionpl

pl

rot

pl

pl

pl

pl

effyrid WfM

fy

Moment

LocalBuckling

fy

Moment

LocalBuckling

fy

Moment

LocalBuckling

Mel

fy

Moment

LocalBuckling

Mel

Model of

Behaviour

Moment

ResistanceRotation Capacity Class

1

1

1

1

1

1

1

1

Sufficient

Limited

None

None

MMpl

MMpl

MMpl

MMpl

1

2

3

4

Plastic moment

on gross section

Plastic moment

on gross section

Elastic moment

on gross section

Plastic moment on

effective section

Mpl

Mpl

Mpl

Mpl

Mel elastic moment resistance of cross-section

Mpl plastic moment resistance of cross-section

M applied moment

rotation (curvature) of section

rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution

across sectionpl

pl

rot

pl

pl

pl

pl

La capacità rotazionale

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 26Prof. R. Landolfo

Le membrature: Metodologia di classificazione

Esterno

InternoAnima

Flangia

Interno

Flangia

Sezioni laminate Sezioni saldate

Anima

EsternoInterno

Interno

Anima

Flangia

Stress distribution

(compression positive)

Effective width b eff

c

beff

1

2

1 0 :

beff = c

1

2

bt bc

beff

0 :

b b ceff c / ( )1

2 1/

Buckling factor k

1

0,43

0

0,57

-1

0,85

1 1

0 57 0 21 0 072

, , ,

c

beff

1

2

1 0 :

beff = c

beff

1

2

btbc

0 :

b b ceff c / ( )1

2 1/

Buckling factor k

1

0,43

1 0

0 578

0 34

,

,

0

1,70

0 1

1 7 5 1712

, ,

-1

23,8

ElementoElementoClasse 1 Classe 2 Class 3

Flangia c / tf 10 e c / tf 11 e c / tf 15 e

Anima soggetta

a flessione d / tw 72 e d / tw 83 e d / tw 124 e

Anima soggetta

a compressione d / tw 33 e d / tw 38 e d / tw 42 e

Limiti di appartenenza

Classe 1 p < 0,5

Classe 2 p < 0,6

Classe 3 p < 0,9 per elementi sottoposti a gradiente di tensione

p< 0,74 per elementi semplicemente compressi

k4.28

/5.0

e

tbf

cr

yp

k4.28

/5.0

e

tbf

cr

yp

Element model

Snellezza locale

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 27Prof. R. Landolfo

Fattore di forma

Incrudimento

Mult

Mpl

My

Mrid

Rapporti b/t delle parti compresse

La classificazione delle sezioni trasversali

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 28Prof. R. Landolfo

La classificazione delle sezioni trasversali

Massimi rapporti b/t

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 29Prof. R. Landolfo

La classificazione delle sezioni trasversali

Massimi rapporti b/t

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 30Prof. R. Landolfo

La classificazione secondo NTC/08: La capacità rotazionale

Le sezioni trasversali degli elementi strutturali si classificano in funzione

della loro capacità rotazionale CJ = JI / JY -1

dove JI / JY sono le curvature corrispondenti rispettivamente al raggiungimento della

deformazione ultima ed allo snervamento.

COMPATTE

CLASSE 1la sezione è in grado di sviluppare una cerniera

plastica avente capacità rotazionale adeguata CJ ≥ 3

CLASSE 2

la sezione è in grado di sviluppare il proprio momento

resistente plastico, ma con capacità rotazionale

limitata CJ ≥ 1,5

MODERATAMENTE

SNELLECLASSE 3

nella sezione le tensioni calcolate nelle fibre estreme

compresse possono raggiungere la tensione di

snervamento, ma l’instabilità locale impedisce lo

sviluppo del momento resistente plastico

CJ = 0

SNELLE CLASSE 4nel calcolo della resistenza la sezione geometrica

effettiva può sostituirsi con una sezione efficace CJ = 0

La norma italiana recepisce la classificazione delle sezioni secondo i rapporti b/t dell’ EC3

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 31Prof. R. Landolfo

TIPOLOGIE STRUTTURALI

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 32Prof. R. Landolfo

Strutture Intelaiate

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 33Prof. R. Landolfo

Strutture Controventate

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 34Prof. R. Landolfo

Strutture Controventate

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 35Prof. R. Landolfo

Controventi Concentrici

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 36Prof. R. Landolfo

Controventi Eccentrici

Considerazioni Introduttive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 37Prof. R. Landolfo

CRITERI DI PROGETTO PER LE STRUTTURE DI ACCIAIO

Criteri di progetto per le strutture di acciaio

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 38Prof. R. Landolfo

I Principi di Progettazione

I sistemi strutturali

Dissipative

q > 1

Non dissipative

q = 1

Bassa duttilità (CD‘B’)

Alta duttilità (CD‘A’)

Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:

le membrature non dissipative (Gerarchia Globale) ed i collegamenti delle parti dissipative al resto della struttura (Gerarchia Locale) devono possedere, nei confronti delle zone dissipative, una sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica.

La sovraresistenza è valutata moltiplicando la resistenza nominale di calcolo delle zone dissipative per un opportuno coefficiente di sovraresistenza gRD

gRD = 1,3 per CD”A”gRD = 1,1 per CD”B”

se non diversamente specificato

Criteri di progetto per le strutture di acciaio

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 39Prof. R. Landolfo

• Le parti non dissipative ed i

collegamenti delle parti dissipative al

resto della struttura devono possedere

sufficienti sovraresistenze

• In un approccio alle forze, si controlla

il meccanismo di collasso distribuendo

in modo opportuno le resistenze

• Le zone dissipative (zone critiche)

fungono da fusibili favorendo la

formazione di meccanismi di collasso

globali

Il Capacity Design

Criteri di progetto per le strutture di acciaio

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 40Prof. R. Landolfo

Il fattore di struttura

q = f

Tipologia strutturale

Criteri di dimensionamento

Regole di dettaglio q = KR · q0

q = KD · KR · q0 OPCM 3274

NTC / 08

Valore di base

NewNew

KD = duttilità locale zone dissipative

KR = 0.8 1 regolarità dell’edificio

L’espressione generale

Criteri di progetto per le strutture di acciaio

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 41Prof. R. Landolfo

TIPOLOGIA STRUTTURALEClasse Duttilità

CD’B’ CD’A’

Strutture Intelaiate 4 5au/a1

Controventi Eccentrici 4 5au/a1

Controventi Concentrici a diagonale tesa attiva 4 4

Controventi Concentrici a V 2 2,5

Strutture a mensola o a pendolo inverso 2 2au/a1

Strutture Intelaiate con controventi concentrici 4 4au/a1

Strutture Intelaiate con tamponature in muratura 2 2

Strutture a Telaio Controventi Concentrici Controventi Eccentrici Strutture a pendolo inverso

Le tipologie strutturali ed il fattore di struttura

q0

Criteri di progetto per le strutture di acciaio

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 42Prof. R. Landolfo

TIPOLOGIA COSTRUTTIVA au/a1

Edifici a un piano 1,1

Edifici a telaio a più piani, con sola campata 1,2

Edifici a telaio con più piani e più campate 1,3

Edifici con controventi eccentrici a più piani 1,2

Edifici a mensola o a pendolo invertito 1,0

Le tipologie strutturali ed il fattore di struttura

a

Criteri di progetto per le strutture di acciaio

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 43Prof. R. Landolfo

REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE DISSIPATIVE

Regole di dettaglio per strutture dissipative

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Criteri di progetto per le strutture dissipative

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 44Prof. R. Landolfo

Il progetto delle

strutture di tipo

dissipativo deve

garantire una

risposta globale

stabile anche in

presenza di

fenomeni locali di

plasticizzazione,

instabilità o altri

connessi al

comportamento

isteretico della

struttura

Criteri di progetto

Zone

dissipative

• D.M. 14-01-08; CNR 10011; Eurocodice 3

• Efficaci dettagli costruttivi

• Capacità dissipativa attribuibile sia

agli elementi che ai collegamenti

Resistenza

Duttilità

Zone NON

dissipative

Sovraresistenza

• D.M. 14-01-08; CNR 10011; Eurocodice 3

Requisiti

Regole di dettaglio per strutture dissipative

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 45Prof. R. Landolfo

I criteri di progetto si considerano soddisfatti se lo sono opportune

Regole di dettaglio………..

A) Regole valide per ogni tipologia strutturale

B) Regole specifiche per le singole tipologie

Regole di

dettaglio

Regole di Dettaglio

Regole di dettaglio per strutture dissipative

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 46Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio valide per ogni tipologia

Prerequisiti delle zone dissipative per il progetto duttile

1. Il materiale

2. Le connessioni

3. Le membrature

20.1yk

tk

f

f%20te

•Sovraresistenza •Def. a rottura

kyy ff ,max, 2,1

•Tensione max di snerv.

Regole di dettaglio per strutture dissipative

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 47Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio valide per ogni tipologia

Prerequisiti delle zone dissipative per il progetto duttile

1. Il materiale

2. Le connessioni

3. Le membrature

Acciaio gRd

S235 1.20

S275 1.15

S355 1.10

S420 1.10

S460 1.10

ky

my

Rdf

f

,

,g coefficiente di sovraresistenza del materiale

si assume max,, yky ff 00,1Rdg

Se nelle zone non dissipative e nelle connessioni

Regole di dettaglio per strutture dissipative

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 48Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio valide per ogni tipologia

1. Il materiale

2. Le connessioni

3. Le membrature

Collegamenti nelle zone dissipative

a) Saldature a completa penetrazione

b) Saldature a cordoni

d’angolo e collegamenti

bullonati (bulloni 8.8-10.9):

Collegamenti dotati di

adeguata sovraresistenza:

plRdd RR 1,1g

Rd resistenza di progetto del collegamento

Rpl resistenza plastica della membratura collegata

Regole di dettaglio per strutture dissipative

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Outstand

WebInternal

Web

Flange

Internal

Flange

Rolled I-section Hollow section

Flange

Welded box section

InternalOutstand

InternalWeb

Instabilità locale

La snellezza locale b/t e la duttilità locale

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 49Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio valide per ogni tipologia

1. Il materiale

2. Le connessioni

3. Le membrature

Parti compresse delle zone dissipative

Classe di duttilità Valore di riferimento del

fattore di struttura q0

Classe di sezione

trasversale richiesta

CD ‘B’ 2 < q0 ≤ 4 Classe 1 o 2

CD ‘A’ q0 > 4 Classe 1

In funzione della classe di duttilità e del valore di q0 usati in fase di progetto sono

determinate le classi di sezioni trasversali da usare per le parti dissipative

Regole di dettaglio per strutture dissipative

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Outstand

WebInternal

Web

Flange

Internal

Flange

Rolled I-section Hollow section

Flange

Welded box section

InternalOutstand

InternalWeb

Instabilità locale

La snellezza locale b/t e la duttilità locale

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 50Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio valide per ogni tipologia

1. Il materiale

2. Le connessioni

3. Le membrature

Parti tese delle zone dissipative

Ares = area resistente netta

A = area lorda

gM0 = coeff sicurezza per resistenza della

membratura senza fori

gM2 = coeff sicurezza per resistenza della

membratura con fori

La resistenza plastica di progetto deve risultare inferiore alla resistenza ultima di

progetto della sezione netta in corrispondenza dei fori per i dispositivi di collegamento

Pertanto si deve verificare che:

tk

yk

M

Mres

f

f

A

A

0

21,1g

g

Regole di dettaglio per strutture dissipative

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REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE INTELAIATE (MRF)

Regole di dettaglio per le strutture intelaiate

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 51Prof. R. Landolfo

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 52Prof. R. Landolfo

Le Strutture Intelaiate

M

Moment Resisting Frame - MRF

Regole di dettaglio per le strutture intelaiate

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Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 53Prof. R. Landolfo

Il Principio di Base

Al fine di conseguire un comportamento duttile i telai devono essere progettati in modo che le cerniere plastiche si formino nelle travi piuttosto che nelle colonne, tranne che per le sezioni delle colonne alla base ed alla sommità dei telai multipiano e per tutte le sezioni degli edifici monopiano.

Regole di dettaglio per le strutture intelaiate

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54Prof. R. Landolfo

I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio

MRF

,1,1Rd b RdMg

SOVRARESISTENTE(Gerarchia globale)

SOVRARESISTENTE(Gerarchia locale)

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SOVRARESISTENTE

(Gerarchia Globale)

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 55Prof. R. Landolfo

Il Principio di Base

SOVRARESISTENTI

(Gerarchia Locale)

RdbRd M ,1,1 ggRD = 1,3 per CD”A”gRD = 1,1 per CD”B”

Acciaio gRd

S235 1.20

S275 1.15

S355 1.10

S420 1.10

S460 1.10Rdb

Rdb

M

M

,

,

32,1max

21,1min

Regole di dettaglio per le strutture intelaiate

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Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 56Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio per strutture intelaiate

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 57Prof. R. Landolfo

REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE A

CONTROVENTI CONCENTRICI (CBF)

Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici

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N

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 58Prof. R. Landolfo

Le Strutture a Controventi Concentrici

Concentrically Braced Frame - CBF

Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 59Prof. R. Landolfo

Il Principio di Base

Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:

Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi concentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazionedelle diagonali tese preceda la rottura delle connessioni e l’instabilizzazione di travi e colonne.

Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici

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60Prof. R. Landolfo

I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio

CBF

SOVRARESISTENTE(Gerarchia globale)

SOVRARESISTENTE(Gerarchia locale)

,1,1Rd pl RdNg

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 61Prof. R. Landolfo

Il Principio di Base

Npl

Npl

Gerarchia Globale

Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 62Prof. R. Landolfo

Il Principio di Base

Npl

Gerarchia Locale

Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici

Page 63: LE NUOVE STRUTTURE IN ACCIAIO - … · nelle travi •negli edifici Impalcato Fondazioni Elemento duttile Elemento sovraresistente Considerazioni Introduttive ... IFB SFB Alveolate

N

Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 63Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF)

Controventi Concentrici a V

Concentrically Braced Frame - CBF

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Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 64Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF)

Il Principio di Base

Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:

Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi concentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazionedelle diagonali tese preceda la rottura delle connessioni e l’instabilizzazione di travi e colonne.

Page 65: LE NUOVE STRUTTURE IN ACCIAIO - … · nelle travi •negli edifici Impalcato Fondazioni Elemento duttile Elemento sovraresistente Considerazioni Introduttive ... IFB SFB Alveolate

Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 65Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF)

La Resistenza delle Diagonali

Npl

0,3 Npl

0,3 Npl

Npl

In fase di progetto, come già detto, sono

tenute in conto sia le diagonali tese che

quelle compresse.

In fase di verifica, la diagonale compressa è

considerata instabilizzata. Occorre quindi

verificare anche che le aste tese siano in

grado di resistere da sole alla forze sismiche

di progetto precedentemente determinate.

Tuttavia nei telai con controventi a V non si

trascura del tutto la resistenza della

diagonale compressa e si considera una forza

pari a:

Npl,Rd nelle diagonali tese;

gpb Npl,Rd nelle diagonali compresse.

Con gpb = 0,30 fattore che permette di stimare la resistenza residua dopo l’instabilizzazione.

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66Prof. R. Landolfo

I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio

CBF

SOVRARESISTENTE(Gerarchia globale)

SOVRARESISTENTE(Gerarchia locale)

,1,1Rd pl RdNg

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Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 67Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici

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Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 68Prof. R. Landolfo

Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 69Prof. R. Landolfo

REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE A

CONTROVENTI ECCENTRICI (EBF)

Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici

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V

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 70Prof. R. Landolfo

Le Strutture a Controventi Eccentrici

Eccentrically Braced Frame - EBF

Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 71Prof. R. Landolfo

Il Principio di Base

Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:

Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi eccentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazione degli ‘elementi di connessione’ o ‘link’ preceda la rottura delle connessioni e l’instabilizzazione delle altre membrature.

Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici

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72Prof. R. Landolfo

I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio

EBF

SOVRARESISTENTE(Gerarchia locale)

SOVRARESISTENTE(Gerarchia globale)

1,5 Vl,Rd 1,5 Vl,Rd

, ,1,1 1,5Ed G Rd l RdN V seng a a

(link corto)

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Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 73Prof. R. Landolfo

Stati limite di esercizio

CRITERI DI VERIFICA AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO

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Scorrimenti di Interpiano

oInterstorey

drifts

SLD: Verifiche di danneggiamento elementi non strutturali

limr dd

limr dd

limr

n

Limitazioni sugli spostamenti relativi

ECCS n.54

pr EN 1998-1

NTC 2008

r; dr è lo spostamento di relativovalutato attraverso analisi lineari elastiche eseguite con uno spettro di risposta pari a Sdq

n; è un fattore di riduzione che tiene conto del più bassoperiodo di ritorno associato con lo SLD

dr è lo spostamento di relativovalutato attraverso analisi lineari elastiche eseguite con lo spettro di risposta corrispondente allo SLD

0,0075·h0,0075·h0,006·hTamp.collegati

elasticamente alla

struttura

_0,010·h_Tamponatura

scollagata alla

struttura

O.P.C. n.3274

pr EN

1998-1ECCS n.54

Tipologia

tamponatura

0,005·h0,005·h0,003·hTamp. collegati

rigidamente alla

struttura

SPOSTAMENTI DI INTERPIANO LIMITE

0,010·h0,0075·h0,006·hTamp.collegati

elasticamente alla

struttura

_0,010·h_Tamponatura

scollagata alla

struttura

NTC2008

pr EN

1998-1ECCS n.54

Tipologia

tamponatura

0,005·h0,005·h0,003·hTamp. collegati

rigidamente alla

struttura

SPOSTAMENTI DI INTERPIANO LIMITE

Stati limite di esercizio

Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 74Prof. R. Landolfo

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SLD: Verifiche di danneggiamento elementi strutturali

Per costruzioni di Classe III e IV, se si

vogliono limitare i danneggiamenti

strutturali, per tutti gli elementi strutturali,

inclusi nodi e connessioni tra elementi,

deve essere verificato che il valore di

progetto di ciascuna sollecitazione (Ed)

calcolato in presenza delle azioni sismiche

corrispondenti allo SLD ed attribuendo ad

il valore di 2/3, sia inferiore al

corrispondente valore della resistenza di

progetto (Rd) calcolato con riferimento alle

situazioni eccezionali.

Stati limite di servizio

Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 75Prof. R. Landolfo

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 76Prof. R. Landolfo

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

Considerazioni conclusive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 77Prof. R. Landolfo

Considerazioni Conclusive

Le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni approvate con

D.M. 14.01.2008, nelle parti dedicate alle strutture in acciaio

ed alla progettazione per azioni sismiche recepiscono in pieno

le vigenti Norme Europee per l’acciaio e per la sismica.

D.M. 14.01.2008 EC3 EC8

Considerazioni conclusive

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IUSS Press – Pavia

[email protected]

www.iusspress.it

Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 78Prof. R. Landolfo

Considerazioni conclusive

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 79Prof. R. Landolfo

Considerazioni conclusive

www.acaiacs.it

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Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 80Prof. R. Landolfo

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Considerazioni conclusive