Lez Strutture Lab 1 Anno
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lezione integrativa:
APPROCCIO AL PROGETTO STRUTTURALE
docente: Arch. Susanna Tortorelli
Università degli Studi di Napoli Federico II
Corso di Laurea in Scienze dell'Architettura
Laboratorio di Progettazione 1 A. A. 2012/2013
Docente: Prof. Arch. A. Picone
APPROCCIO AL PROGETTO STRUTTURALE
• Progettazione Strutturale: il metodo scientifico
• Concezione Strutturale
• Scelta del Sistema Costruttivo
• Strutture in Muratura
• Strutture in Cemento Armato
• Strutture in Acciaio
• Strutture in Legno
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Indice
L’ARCHITETTURA
ha come principale obiettivo il PROGETTO ovvero la CONCEZIONE dell’edificio.
L’INGEGNERIA STRUTTURALE
ha come principale obiettivo la VERIFICA e successiva INGEGNERIZZAZIONE (definizione dei dettagli) del
sistema strutturale, che rispetti pre-assegnati requisiti (principalmente di sicurezza).
OBIETTIVI:
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
L’Architettura e l’Ingegneria Strutturale
Se si raggiungere un buon livello di consapevolezza delle esigenze strutturali del progetto, si può operare la
scelta del sistema strutturale ed un suo dimensionamento di massima già dalle prime fasi del progetto, senza
dover richiedere l’intervento dello strutturista quando il progetto è già ben definito e c’è la possibilità che si
verifichino incompatibilità.
L’obiettivo è quindi l’INTEGRAZIONE tra esigenze architettoniche ed esigenze strutturali in fase di progetto.
ARCHITETTURA + INGEGNERIA STRUTTURALE:
L=200m
Requisiti strutturali
• Terreno scadente su una delle sponde
• Luce da attraversare pari a 200 m
Requisiti architettonici
• Viadotto di connessione tra Siviglia e Camas
• Simbolo dell’Expo’92
Tipologia strutturale: ponte strallato
Cemento armato
Acciaio
RA RB RB << RA
H/12
L/50
L’Architettura e l’Ingegneria Strutturale
ESEMPIO DI INTEGRAZIONE IN FASE DI PROGETTO:
Santiago Calatrava Alamillo Bridge, Seville-Spagna, 1992
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Realizzazione e Controllo (collaudo)
Sistema Strutturale
Identificazione
1a
2
Analisi 3
Verifica 4
SI
NO
INput Problema strutturale 1b
Concezione
5 OUTput Documentazione tecnica
Valutazione dell’esistente
Progetto
Modellazione
Sintesi
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Progettazione Strutturale: il metodo scientifico
LE FASI OPERATIVE DEL METODO :
Realizzazione e Controllo (collaudo)
Sistema Strutturale
Identificazione
1a
2
Analisi 3
Verifica 4
SI
NO
INput Problema strutturale 1b
Concezione
5 OUTput Documentazione tecnica
Valutazione dell’esistente
Progetto
Modellazione
Sintesi
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Progettazione Strutturale
LE FASI OPERATIVE DEL METODO :
Il sistema strutturale rappresenta la parte portante di una costruzione, ovvero l’organismo a cui è relegata la funzione di assorbimento e trasferimento al terreno di fondazione delle azioni a cui è soggetto durante la sua vita di progetto.
DEFINIZIONI:
Costruzione Sistema Strutturale
Parte portante e portata Parte portante
L’identificazione è il processo conoscitivo attraverso il quale, mediante una appropriata metodologia d’indagine, è possibile individuare il sistema strutturale di una costruzione esistente.
La concezione è il processo attraverso il quale viene definito il sistema strutturale di una costruzione in fase di progetto.
La modellazione strutturale è il processo attraverso il quale il sistema strutturale viene schematizzato con un modello di tipo fisico-matematico, composto dai sub modelli: I. Modello geometrico: geometria del sistema strutturale definito attraverso la scelta di elementi e vincoli
II. Modello meccanico: leggi costitutive dei materiali strutturali usati, definiti da parametri meccanici (resistenza e deformab.)
III. Modello delle azioni: azioni che agiscono sul sistema strutturale durante la sua vita di progetto
Realizzazione e Controllo (collaudo)
Sistema Strutturale
Identificazione
1a
2
Analisi 3
Verifica 4
SI
NO
INput Problema strutturale 1b
Concezione
5 OUTput Documentazione tecnica
Valutazione dell’esistente
Progetto
Modellazione
Sintesi
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
LE FASI OPERATIVE DEL METODO : DEFINIZIONI:
Struttura Modello Strutturale
fcd
c1 cu
fyd
yd
yu1
yd yu2
Q
G
Progettazione Strutturale
L’analisi strutturale è il processo attraverso il quale viene calcolata la risposta del sistema strutturale in termini di : I. Stato di sollecitazione (S) II. Stato di deformazione (δ)
Realizzazione e Controllo (collaudo)
Sistema Strutturale
Identificazione
1a
2
Analisi 3
Verifica 4
SI
NO
INput Problema strutturale 1b
Concezione
5 OUTput Documentazione tecnica
Valutazione dell’esistente
Progetto
Modellazione
Sintesi
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
LE FASI OPERATIVE DEL METODO : DEFINIZIONI:
Modello Strutturale
(S)
Risposta
(δ)
Progettazione Strutturale
La verifica strutturale è il processo attraverso il quale si verifica che la risposta del sistema strutturale (Capacità = C) è compatibile con determinati limiti prestazionali (Domanda = D).
D C
Realizzazione e Controllo (collaudo)
Sistema Strutturale
Identificazione
1a
2
Analisi 3
Verifica 4
SI
NO
INput Problema strutturale 1b
Concezione
5 OUTput Documentazione tecnica
Valutazione dell’esistente
Progetto
Modellazione
Sintesi
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
LE FASI OPERATIVE DEL METODO : DEFINIZIONI:
(S)
Risposta (Capacità)
(δ)
S R
lim
in termini di
Resistenza
in termini di.
Deformabilità
Verifica (confronto con Domanda)
Progettazione Strutturale
Per le nuove costruzioni (1b: progetto) la sintesi si traduce nell’elaborazione del progetto esecutivo delle strutture che in conformità alle norme è costituito dai seguenti elaborati tecnici: Relazioni:
• Relazione di calcolo
• Relazione sui materiali
• Relazione specialistiche
Grafici esecutivi :
• Disegni d’insieme
(pianta delle fondazioni e carpenterie)
• Dettagli costruttivi
(armature per il c.a. e collegamenti per l’acciaio)
Realizzazione e Controllo (collaudo)
Sistema Strutturale
Identificazione
1a
2
Analisi 3
Verifica 4
SI
NO
INput Problema strutturale 1b
Concezione
5 OUTput Documentazione tecnica
Valutazione dell’esistente
Progetto
Modellazione
Sintesi
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
LE FASI OPERATIVE DEL METODO : DEFINIZIONI:
Progettazione Strutturale
Realizzazione e Controllo (collaudo)
Sistema Strutturale
Identificazione
1a
2
Analisi 3
Verifica 4
SI
NO
INput Problema strutturale 1b
Concezione
5 OUTput Documentazione tecnica
Valutazione dell’esistente
Progetto
Modellazione
Sintesi
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
LE FASI OPERATIVE DEL METODO :
Progettazione Strutturale: obiettivi della lezione
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Concezione Strutturale
DEFINIZIONE:
La concezione è la fase fondamentale della progettazione strutturale in cui viene definito il sistema strutturale e deve essere integrata con la progettazione architettonica fin dalle prime fasi per evitare errori e incongruenze.
Costruzione Sistema Strutturale
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CONCEZIONE STRUTTURALE
Concezione Strutturale
Il sistema strutturale globale di un edificio è composto di sottosistemi o gruppi omogenei di elementi collegati tra loro tramite vincoli (interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza ai sottosistemi e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.)
SCOMPOSIZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE IN SOTTOSISTEMI
SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE
SOTTOSISTEMA PORTANTE DI FONDAZIONE
SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE
• SOLAI
• CONTINUO
• PUNTUALE (STRUTTURE INTELAIATE)
• FONDAZIONI
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Concezione Strutturale
DEFINIZIONE:
La concezione si articola in diverse fasi: • Scelta della tecnologia costruttiva (materiali da costruzione) Livello I: Tecnologico • Scelta della tipologia strutturale (morfologia dello schema resistente) Livello II: Tipologico
• Scelta della dimensione degli elementi costituenti (predimensionamento) Livello III: Dimensionale
ACCIAIO 3500
TECNOLOGIE
COSTRUTTIVE MURATURA
CEMENTO ARMATO
LEGNO
80
360
1800
dfL 0
• fd resistenza di progetto [kN/m2]
• peso specifico [kN/m3]
RENDIMENTO STRUTTURALE O GRADO DI EFFICIENZA G1k
L0
L0 [m] rappresenta l’altezza teorica che può raggiungere una torre realizzata con
un preassegnato materiale prima che il suo peso la porti a rottura
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Concezione Strutturale
LIV. I: SCELTA DELLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA:
Legno
g/gacc
Acciaio
Cemento Armato
Muratura
0,5
1
4
15
0.20 0.40 0.45 ÷ 0.75 2.00 3.00 7.00 11.00 Incidenza (kN/m2)
Incidenza per unità di superficie del sistema strutturale (ad esclusione dei solai, ovvero del solo scheletro)
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LIV. I: SCELTA DELLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA: INCIDENZA DEL PESO DELLA STUTTURA SUL PESO TOTALE
Concezione Strutturale
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
INTRODUZIONE
Strutture in Muratura
La muratura è la tecnica costruttiva più antica e diffusa (per quanto riguarda le costruzioni esistenti) e comprende tecniche assai diverse per tipo e forma dei materiali e per modalità costruttive.
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
TECNICHE COSTRUTTIVE
Strutture in Muratura
Una veloce panoramica delle tipologie di murature storiche rende evidente la varietà di sistemi costruttivi che si raccoglie sotto il termine “muratura”.
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TECNICHE COSTRUTTIVE
Strutture in Muratura
Anche la muratura moderna comprende una certa varietà di tipologie: • Muratura ordinaria: costituita dall’assemblaggio dei singoli blocchi lapidei a secco o con malta. • Muratura armata: caratterizzata dall’alloggiamento di barre di acciaio disposte in direzione verticale ed orizzontale all’interno dei fori degli elementi resistenti, in cui viene, successivamente, realizzato un riempimento in calcestruzzo. Le armature incrementano la resistenza del sistema murario. • Muratura intelaiata: in cui la struttura viene confinata da cordoli in cemento armato orizzontali e verticali, ai fini di incrementare la duttilità e la resistenza dei materiali lapidei.
MURATURA ORDINARIA
MURATURA ARMATA
MURATURA INTELAIATA
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TECNICHE COSTRUTTIVE
Strutture in Muratura
Nella muratura il sottosistema portante orizzontale (i solai) tradizionalmente era in legno o con strutture ad arco o a volta, oggi è realizzato in cemento armato, in acciaio o in legno. (per le limitazioni sulla lunghezza fare riferimento alle tabelle per solai in c.a., acciaio e legno nelle sezioni dedicate ad ognuna delle tipologie)
SOLAIO TRADIZIONALE IN LEGNO
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CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Il sistema costruttivo in muratura portante è principalmente basato sul sistema scatolare. L’edificio in muratura portante deve essere concepito e realizzato come un assemblaggio tridimensionale di muri e solai, garantendo il funzionamento scatolare, e conferendo stabilità e robustezza all’insieme.
La distanza tra due muri consecutivi, per ognuna delle due direzioni principali, non deve essere superiore a 7 m (9 m per la muratura armata).
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Le murature devono essere efficacemente collegate tra loro e con i solai per assicurare il comportamento scatolare. I collegamenti tra le murature e i solai sono realizzati mediante cordoli continui in cemento armato lungo tutti i muri, all’altezza dei solai si piano e di copertura. I collegamenti tra muri ortogonali tra loro sono realizzati tramite ammorsamenti (opportuna disposizione degli elementi) o incatenamenti metallici.
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: • Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani • Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani • Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano.
PANNELLO DI FASCIA
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: • Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani • Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani • Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano.
PANNELLO DI MASCHIO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: • Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani • Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani • Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano.
PANNELLO DI NODO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: • Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani • Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani • Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano.
PANNELLO DI FASCIA
PANNELLO DI NODO
FASCIA DI PIANO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Una parete muraria è costituita da elementi resistenti detti macroelementi. Si distinguono tre tipologie di macroelementi: • Pannelli di fascia, che sono collocati al di sotto o al di sopra dei vani • Pannelli di maschio, che sono situati a sinistra o a destra dei vani • Pannelli di nodo, che collegano tra loro gli elementi di fascia e quelli di maschio I pannelli di nodo e quelli di fascia situati allo stesso livello di piano costituiscono una fascia di piano.
PANNELLO DI FASCIA
PANNELLO DI MASCHIO
PANNELLO DI NODO
FASCIA DI PIANO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Le murature devono rispettare degli spessori minimi per assicurare stabilità e resistenza, che variano a seconda della tipologia degli elementi costitutivi.
muratura in elementi resistenti artificiali pieni 150 mm
muratura in elementi resistenti artificiali semipieni 200 mm
muratura in elementi resistenti artificiali forati 240 mm
muratura di pietra squadrata 240 mm
muratura di pietra listata 400 mm
muratura di pietra non squadrata 500 mm
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Muratura
Il sistema scatolare è basato su un modulo di base, che definisce uno spazio, chiuso su tutti i lati con murature continue. Nelle murature possono esserci aperture, ma di grandezza limitata (porte e finestre) e allineate tra loro. La possibilità di articolare gli spazi interni è condizionata dal reticolo murario portante che risulta vincolante, e invariante per edifici a più livelli. I sistemi di distribuzione si distinguono per una estrema semplicità geometrica riflettendo tale carattere anche nell’immagine esterna.
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture a Telaio
Il principio del telaio si basa due elementi: il piedritto e l’architrave, ovvero il pilastro e la trave, che sono collegati tramite vincoli d’incastro più o meno perfetto oppure cerniera. La ripetizione dei piedritti (pilastri) in verticale e degli architravi (travi) in orizzontale genera dei telai tridimensionali.
VINCOLO CERNIERA
VINCOLO INCASTRO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
TECNICHE COSTRUTTIVE
Strutture a Telaio
Le strutture in Cemento Armato, in Acciaio e in Legno sono basate sul sistema strutturale a telaio.
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Strutture in Cemento Armato
PRINCIPI DI BASE
L’invenzione del cemento armato si basa sull’idea di combinare la capacità del calcestruzzo di resistere agli sforzi di compressione con la capacità dell’acciaio di assorbire gli sforzi di trazione. Ogni elemento strutturale in cemento armato viene realizzato inserendo dei tondini di acciaio nelle zone sottoposte a trazione, lasciando al calcestruzzo il compito di resistere alle tensioni di compressione.
LA NASCITA DEL CEMENTO ARMATO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
In realtà, nelle costruzioni in cemento armato, il ruolo svolto dall’armatura metallica all’interno del volume di calcestruzzo va ben oltre la semplice funzione di assorbire gli sforzi di trazione. La gabbia metallica, infatti, modifica sostanzialmente il comportamento meccanico del calcestruzzo, sia teso che compresso, e trasforma quindi di fatto il conglomerato cementizio in un nuovo materiale da costruzione: il cemento armato.
Strutture in Cemento Armato
PRINCIPI DI BASE
L’accoppiamento dei due materiali (il calcestruzzo e l’acciaio) dà luogo quindi ad un nuovo materiale da costruzione (il cemento armato) che non sarà più né calcestruzzo né acciaio, ma il cui comportamento, come tutti i materiali composti, sarà ovviamente condizionato dalle proprietà meccaniche dei due materiali componenti, nonché dal loro rapporto quantitativo.
IL COMPORTAMENTO STRUTTURALE DEL CEMENTO ARMATO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
= +
I presupposti fondamentali affinché tale accoppiamento funzioni efficacemente sono: • l’uguaglianza dei coefficienti di dilatazione termica dei due materiali • la perfetta aderenza tra i due materiali (s = c )
ARMATURA IN ACCIAIO (RINFORZO)
GETTO IN CLS (MATRICE)
CEMENTO ARMATO
(COMPOSITO)
Strutture in Cemento Armato
PRINCIPI DI BASE
I vantaggi derivanti dall’uso del cemento armato come materiale strutturale sono molteplici: • libertà di forma; • ridotta manutenzione; • basso costo dei materiali; • impiego di manodopera non specializzata; • resistenza nei confronti del fuoco; • buon comportamento strutturale. Le principali criticità sono invece: • peso elevato; • lunghi tempi di esecuzione; • elevato coefficiente di trasmissione termica; • scarsa possibilità di recupero dei materiali.
PREROGATIVE DEL CEMENTO ARMATO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Strutture in Cemento Armato
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE
Il sistema strutturale globale di un edificio è composto di sottosistemi o gruppi omogenei di elementi collegati tra loro tramite vincoli (interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza ai sottosistemi e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.)
SCOMPOSIZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE IN SOTTOSISTEMI
SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE
SOTTOSISTEMA PORTANTE DI FONDAZIONE
SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE
• SOLAIO
• TRAVI
• PILASTRI
• FONDAZIONI
Strutture in Cemento Armato
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE
Il solaio è quella parte del sottosistema portante orizzontale su cui agiscono direttamente i carichi permanenti e variabili legati alla funzione specifica dell’impalcato.
IL SOLAIO
Fascia piena
L2
L1,1
L1,2
Sbalzo
Travetto
Rompitratta
Foro
Travetto
Soletta
Strutture in Cemento Armato
SOLAIO
Tipologia strutturale
Tecnologia costruttiva
a semplice via
a doppia via
misti latero-cementizi
Misti con blocchi diversi dal laterizio
Travetti
Sandwich (Travetti e Lastre)
Soletta piena
Graticcio
Soletta nervata
Latero-cementizi
Gettati in opera
Semiprefabbricati
Prefabbricati
In polistirolo (con o senza lastre in c.a.p.)
In materiale plastico
cemento armato normale o precompresso
Soletta piena
Soletta nervata
Ordito semplice di elementi in c.a.p.
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO CLASSIFICAZIONE
Strutture in Cemento Armato
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE
In base alla modalità di trasmissione degli sforzi prodotti dai carichi gravitazionali al sottosistema portante verticale, il sottosistema portante orizzontale può differenziarsi in:
IL SOLAIO
Il peso proprio dell’impalcato ed i carichi su di esso agenti
vengono trasferiti al sottosistema portante verticale dagli
elementi principali secondo un'unica direzione preferenziale
Il peso proprio dell’impalcato ed i carichi su di esso agenti
vengono trasferiti al sottosistema portante verticale dagli
elementi principali secondo due o più direzioni
SISTEMA A SEMPLICE VIA SISTEMA A DOPPIA VIA
Strutture in Cemento Armato
FASE DI GETTO ARMATURE
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO SOLAIO LATERO-CEMENTIZIO GETTATO IN OPERA
Strutture in Cemento Armato
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO
I travetti rappresentano le nervature del solaio, e permettono di poter considerare il solaio infinitamente rigido nel suo piano, come una piastra; hanno la funzione di centrifugare la sezione resistente del solaio dandole adeguata capacità portante e rigidezza
I TRAVETTI
Fascia piena
L2
L1,1
L1,2
Sbalzo
Travetto
Rompitratta
Foro
Travetto
Soletta
Strutture in Cemento Armato
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO I TRAVETTI
Strutture in Cemento Armato
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO
Il travetto rompitratta è un elemento monodimensionale inserito in mezzeria del solaio. Dove necessario il travetto rompitratta garantisce un parziale funzionamento a doppia via del solaio aumentando la funzione di ripartizione fornita dalla soletta.
IL TRAVETTO ROMPITRATTA
Fascia piena
L2
L1,1
L1,2
Sbalzo
Travetto
Rompitratta
Foro
Travetto
Soletta
Strutture in Cemento Armato
No Si
L2 L1
L2 L1
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO DISPOSIZIONE DEI TRAVETTI
CONCEZIONE PER CARICHI VERTICALI Applicando il metodo di Grashof (metodo di analisi semplificato delle piastre) è possibile dimostrare che il carico applicato su una piastra viene assorbito in modo preponderante dalle strisce disposte sul lato corto poiché caratterizzate da maggiore rigidezza
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Strutture in Cemento Armato
Se si considerano anche i carichi orizzontali questo assunto potrebbe risultare non corretto, ma in genere il solaio viene ordito secondo il lato corto, talvolta si procede orientando il solaio a scacchiera, alternando l’orientamento del solaio nei campi.
2. Forti carichi concentrati 3. Irregolarità planimetrica
L12 L11 LS
Sezione longitudinale
Pianta
1. Eccessiva lunghezza dei travetti
Trave Rompitratta
L11 ≥ 5m L2
414
14/20
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO IL TRAVETTO ROMPITRATTA
Strutture in Cemento Armato
Irregolarità planimetrica Eccessiva lunghezza dei travetti
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO IL TRAVETTO ROMPITRATTA
L12 L11 LS
Sezione longitudinale
Pianta
414
14/20
Strutture in Cemento Armato
L2
L11
L12
Sbalzo
Travetto Rompitratta
Fascia piena
Foro Travetto
Soletta
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO LA SOLETTA
La soletta completa la sezione resistente del solaio al suo estradosso, contribuisce alla ripartizione delle azioni verticali puntuali (forze concentrate) evitando la rottura dei laterizi (punzonamento). In zona simica crea nel solaio un diaframma rigido necessario alla trasmissione delle azioni orizzontali a tutti gli elementi sismoresistenti del sottosistema portante verticale.
Strutture in Cemento Armato
Armatura trasversale o di ripartizione
1) Rete realizzata in cantiere
2) Rete elettrosaldata
Maglia
8/30
20
0 ≤
l
≤
300 c
m
225 ≤ l ≤ 400 cm
hs
s
b i
hs
s
b
i
Sezione trasversale
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE: IL SOLAIO LA SOLETTA
TIPOLOGIA DI ARMATURA
Strutture in Cemento Armato
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE
I carichi che gravano sull’impalcato vengono trasferiti al sottosistema portante verticale tramite le travi. Le travi su cui gravano direttamente i carichi del solaio sono le travi principali. Le travi nella direzione ortogonale sono le travi secondarie.
LE TRAVI
Trave principale Trave secondaria
Strutture in Cemento Armato
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE
I carichi che gravano sull’impalcato vengono trasferiti tramite il sottosistema portante orizzontale al sottosistema portante verticale: i pilastri, e poi infine alle fondazioni e al terreno.
I PILASTRI
Strutture in Cemento Armato
Scelte la tecnologia e la tipologia strutturale, attraverso il
predimensionamento si assegna agli elementi una
dimensione di primo tentativo.
Ci aiutano in questo i rapporti di forma, che esprimono la
relazione che esiste tra l’altezza dell’elemento e la sua
lunghezza.
Tale rapporto, se non prescritto direttamente dalla
norma, è generalmente desunto dall’esperienza e/o
dall’analisi statistica di strutture già esistenti.
(ANALOGIA STRUTTURALE)
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
CONCEZIONE STRUTTURALE PREDIMENSIONAMENTO
L2 L1
H
Strutture in Cemento Armato
ABACHI DI PREDIMENSIONAMENTO
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
Strutture in Cemento Armato
h
b
np h(m) b=0.30m
hsis(m) b=0.40m
1 0.30 0.40
2 0.30 0.40
3 0.40 0.5250.55
4 0.50 0.65
5 0.60 0.7750.80
6 0.70 0.90
7 0.80 1.0251.05
8 0.90 1.15
Per altezze maggiori ad 8 piani occorre incrementare anche la larghezza b
ogni 2 piani di 5 cm in zona non sismica e 10 cm in zona sismica
modulo integrativo: TECNICA DELLE COSTRUZIONI docente: Arch. Susanna Tortorelli
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE: I PILASTRI PREDIMENSIONAMENTO – ANALOGIA STRUTTURALE
Fissata la destinazione d’uso dell’edificio e la sua maglia strutturale, le dimensioni dei pilastri aumentano all’aumentare del numero di piani.
Strutture in Cemento Armato
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CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Cemento Armato
Il sistema a telaio con struttura in Cemento Armato è una tipologia costruttiva molto versatile. Grazie alla possibilità di gettare in opera e alla possibilità di costruire casseforme di vari tipi, c’è molta libertà di forma. Per evitare travi troppo ingombranti, la maglia strutturale dei pilastri non dovrebbe superare luci di 7-8 metri, ma mediamente sono intorno a 4-5 m, i pilastri devono essere disposti in modo regolare, secondo una griglia modulare e hanno delle dimensioni minime di 30x40 cm. In questo caso, diversamente dalla muratura, oltre alla griglia strutturale non ci sono vincoli.
M
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Strutture in Acciaio
La principale differenza di natura tecnologica è legata al processo costruttivo: • la struttura in c.a. nasce come monolitica, perché il getto di calcestruzzo viene fatto tutto nello stesso momento e trave e pilastro sono continui e legati da vincolo “incastro”, • la struttura in acciaio nasce per assemblaggio di elementi singoli, tramite saldatura (vincolo “incastro) o bullonatura (vincolo “cerniera”).
Solaio in lamiera
grecata e soletta
collaborante
Solaio latero-
cementizio
20 c
m4 c
m20 c
m4 c
m
Strutture in Acciaio
DIFFERENZE TRA STRUTTURA A TELAIO IN C.A. E IN ACCIAIO
CERNIERA
INCASTRO
PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI
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TELAIO A NODI RIGIDI
CONTROVENTI ECCENTRICI
CONTROVENTI CONCENTRICI
Strutture in Acciaio
Se la struttura in acciaio è saldata, costituisce un telaio a nodi rigidi. Se la struttura in acciaio è bullonata, per dare stabilità all’intero edificio devono essere inseriti dei sistemi di controventi, che possono essere di diverse tipologie e insieme alla configurazione geometrica cambia anche il loro comportamento strutturale.
INCASTRO CERNIERA
PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI
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Strutture in Acciaio
TELAIO A NODI RIGIDI
PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI
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Strutture in Acciaio
TELAIO CON CONTROVENTI CONCENTRICI
PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI
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Strutture in Acciaio
TELAIO CON CONTROVENTI CONCENTRICI
PRINCIPI DI BASE TIPOLOGIE STRUTTURALI
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Strutture in Acciaio
TELAIO CON CONTROVENTI ECCENTRICI
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CONCEZIONE STRUTTURALE
Il sistema strutturale globale di un edificio è composto di sottosistemi o gruppi omogenei di elementi collegati tra loro tramite vincoli (interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza ai sottosistemi e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.)
SCOMPOSIZIONE DEL SISTEMA STRUTTURALE IN SOTTOSISTEMI
SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE
SOTTOSISTEMA PORTANTE DI FONDAZIONE
SOTTOSISTEMA PORTANTE VERTICALE
• SOLAIO
• TRAVI SECONDARIE
• TRAVI PRINCIPALI
• PILASTRI
• FONDAZIONI
Strutture in Acciaio
Il solaio è quella parte del sottosistema portante orizzontale su cui agiscono direttamente i carichi permanenti e variabili legati alla funzione specifica dell’impalcato.
IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE IL SOLAIO
Strutture in Acciaio
Per quanto riguarda l’orditura del solaio valgono le stesse considerazioni fatte per il solaio in c.a.
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IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE
I carichi che gravano sull’impalcato vengono trasferiti al sottosistema portante verticale tramite le travi. Le travi su cui appoggia direttamente il solaio in lamiera gracata sono le travi secondarie che servono a ridurre la luce massima coperta dal solaio, che non può superare i 2-3 metri. Le travi su cui appoggiano le travi secondarie e che sono nella direzione ortogonale sono le travi principali.
LE TRAVI
Trave principale
Trave secondaria
Strutture in Acciaio
HEA IPE Alveolate
Travi a parete piena o alleggerite
Le caratteristiche geometriche delle sezioni in commercio si trovano nei sagomari. (in appendice al libro “Strutture” di Shodeck)
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IL SOTTOSISTEMA PORTANTE ORIZZONTALE
I carichi che gravano sull’impalcato vengono trasferiti tramite il sottosistema portante orizzontale al sottosistema portante verticale: i pilastri, e poi infine alle fondazioni e al terreno.
I PILASTRI
Pilastri
Strutture in Acciaio
HE,HD OHS RHS
A croce austriaca
ABACHI DI PREDIMENSIONAMENTO
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Strutture in Acciaio
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CONCEZIONE STRUTTURALE
Strutture in Acciaio
Il sistema a telaio con struttura in Acciaio è una tipologia costruttiva molto leggera e snella. Grazie alle diverse possibilità di scelta della tipologia strutturale (telaio a nodi rigidi o telaio con controventi) permette di adottare varie soluzioni. Rispetto alle strutture in c.a. gli ingombri delle strutture sono minori e le luci della maglia strutturale possono essere maggiori. Anche in questo caso, come per il c.a. e diversamente dalla muratura, oltre alla griglia strutturale non ci sono vincoli.
M
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Strutture in Legno
INTRODUZIONE
Le strutture a telaio in legno possono essere costituite da elementi in legno massiccio oppure in legno lamellare incollato, impiegato sempre più frequentemente anche per piccole luci perché di qualità controllate e non condizionato dalla reperibilità sul mercato di elementi lignei massicci di grandi dimensioni. I collegamenti tra elementi possono essere realizzati con bullonatura, chiodatura o a incastro con collante.
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Strutture in Legno
IL SISTEMA COSTRUTTIVO
Le strutture a telaio in legno possono essere classificate in funzione delle modalità di collegamento tra trave e pilastro e principalmente sono: • Trave continua e pilastri interrotti, • Trave interrotta e pilastri continui.
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Strutture in Legno
GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI
La sezione dei pilastri può essere quadrata o rettangolare piena, oppure composta da due elementi di parete verticali paralleli collegati tra loro.
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Strutture in Legno
GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI
Le travi possono essere a sezione rettangolare piena, di tipo scatolare, oppure reticolari.
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Strutture in Legno
GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI
I solai possono essere realizzati con sistemi a doppia orditura di travi, con griglie e cassettonati oppure con elementi bidimensionali di piccole dimensioni.
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Strutture in Legno
GLI ELEMENTI COSTRUTTIVI
La realizzazione dei componenti strutturali e di completamento prevede dimensioni modulari impostate o in moduli convenzionali (60-120 cm) o in base alle dimensioni standardizzate degli elementi di completamento con funzione irrigidente.
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Strutture in Legno
ABACHI DI PREDIMENSIONAMENTO
LEGNO 3500
TECNOLOGIE
COSTRUTTIVE MURATURA
CEMENTO ARMATO
ACCIAIO
80
360
1800
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Concezione Strutturale
SCELTA DELLA TECNOLOGIA COSTRUTTIVA
• SISTEMA CONTINUO (SCATOLARE)
• MODULO A SPAZI CHIUSI
• MURATURE CONTINUE CON PICCOLE APERTURE
• SISTEMA PUNTUALE (TELAIO)
• ELEMENTI PESANTI
• LIBERTA’ DI FORMA
• SISTEMA PUNTUALE (TELAIO)
• ELEMENTI SNELLI E LEGGERI
• AMPIE LUCI E GRANDE RESISTENZA (MOLTI PIANI)
• SISTEMA PUNTUALE (TELAIO)
• ELEMENTI SNELLI E LEGGERI
• LUCI MENO AMPIE E RESISTENZA MINORE