Lez1-_sistemi_strutturali
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30/05/2012
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PDF Lezioni sul sito:www2.unibas.it/ponzo
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Mettere figura
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Cinematica delle strutture
Produzione di profilati e lamiere in acciaieria
Trasformazione in elementi strutturali e preassemblaggi
Trasporto e montaggio in cantiere
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Nodo trave colonna
Giunzioni in cemento armato
Giunzioni inacciaio
Naturale monoliticit
Maggiori oneri di realizzazioneper declassare il vincolo
Il grado di vincolo tende adessere minore
Onerosit di realizzazioneGrado di vincolo maggiore
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Attenzione ad eventuali Condizioni di Labilit
Necessit di controventi
Labilit
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Stabilit degli elementi strutturali
reale
ideale
LEGAME COSTITUTIVO ACCIAIO
Efficienza:(Res/Ps)x103
C.A.: 30 40Acciaio: 200 300
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Stabilit degli elementi strutturali
Spessori sottili, elementi snelli INSTABILITA
a Asta idealeb Asta industriale elastica
c Asta industrialeelasto - plastica
N cr = 2EA / 2
= Lc/i
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LEGAME COSTITUTIVO DI UN ASTA D ACCIAIO
TRAZIONE Resistenza
Resistenza
SnellezzaImperfezioni
COMPRESSIONE
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Comportamento nello spazio delle strutture
Per controllare e per eliminare ipostaticit o labilit
Concezione della struttura tridimensionale
Gli effetti dellinstabilit vannovalutati nel piano e fuori piano
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Effetti del peso proprio
ALTA EFFICIENZA Effetti del peso proprio trascurabile Sensibilit ai carichi accidentali
C.A.: Peso proprio copertura=200 300 [Kg/m2]ACCIAIO: Peso proprio=15 30 [Kg/ m2]
VENTO : 30 50 [Kg/ m2]
NEVE: 90 [Kg/m2]
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Deformabilit degli elementi strutturali
C.A. : / E = 0,3 * 10-3ACCIAIO : / E = 1.0 * 10-3
hL
E245
Lv
2WhI
EIqL
3845
v
WqL
81
maxmax
4
max
2
=
=
=
=
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Interazione M N
ACCIAIO
Interazione M N Sempre Sfavorevole
C.A.
Interazione M N Sempre Favorevole
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Edifici multi piano
Un edificio multipiano una serie di impalcati poggianti su colonne
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Effetti di azioni verticali
I carichi verticali dovranno raggiungere il sistema di fondazione:
mediante le travi disposte ad un interasse compatibile;
Tali travi scaricano gli effetti del carico F sulle colonne
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Pannelli in latero cementogettati in opera
Pannelli in latero cemento
prefabbricati
Lamiera grecata riempita da inerte o
cls collaborante
Effetti delle azioni verticali
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Effetti delle azioni orizzontali
Attraverso un elemento coprente inflesso esso verr riportato in corrispondenza di due piani contigui
I suoi effetti dovranno ancora raggiungere il sistema di fondazione: attraverso elementi resistenti vengono riportati ai nodi delle colonne da queste in fondazione
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Tipologie strutturali
SVANTAGGI
Giunzioni impegnative ed onerose
Interazioni M N nelle colonne
Elevata deformabilit globale alle azioni orizzontali
TELAI: Insieme di elementi rigidamente connessi, capaci di resistere ad azioni assiali, flettenti e taglianti
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Sottostrutture e/o elementi per la trasmissione delle azioni verticali
Sottostrutture e/o elementi per la trasmissione delle azioni orizzontali
SPECIALIZZAZIONE DELLE FUNZIONI:
Tipologie strutturali
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VANTAGGI Giunzioni semplici (a cerniera) Interazione M N ridotta o nulla Deformabilit pi controllabile
SVANTAGGI Ingombro delle strutture di
controvento Aggravio del sistema fondazione
Tipologie strutturali
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LE STRUTTURE CONTROVENTATE POSSONO REALIZZARSI CON
Nuclei di calcestruzzo armato (scale , ascensori) Strutture reticolari in acciaio
Le strutture di controvento sono impegnate a taglio e flessione
Controllo di deformabilit sotto carichi di esercizio
Tipologie strutturali
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CORRETTO FUNZIONAMENTO DI UNA STRUTTURA CONTRAVENTATA
Impalcati rigidi e resistenti nel loro piano
Controventi in numero e posizioni tali da vincolare gli impalcati in maniera almeno isostatica
Inserire delle diagonali fra nodo e nodo o considerare reagente la solettaI controventi devono considerarsi vincoli semplici, doppi o tripli
Il controvento di piano in grado di ricevere delle
forze esterne e trasmetterle ai tre
controventi verticali
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CORRETTO FUNZIONAMENTO DI UNA STRUTTURA CONTRAVENTATA
Effetto di carichi incidenti
3213
212
211
FFFRL/)aFa2F(2/qLRL/)aFa2F(2/qLR
++=
+=
++=
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RIDUZIONE DELLE STRUTTURE SPAZIALI IN SOTTOSTRUTTURE PIANE
Collegamento ai controventi verticali tramite i controventi
di piano
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CONTROVENTAMENTO MEDIANTE NUCLEO, IN C.A.
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CONTROVENTAMENTO MEDIANTE NUCLEO, IN C.A.
Il nucleo vincola i solai alla traslazione secondo X e Y e, per rigidezza torsionale, alla rotazione
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Fine Lezione
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Edifici monopiano
Copertura a maglie con almeno una dimensione di entit notevole ( L 15m ) Possibile presenza di vie di corsa per lo scorrimento del carroponte
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EFFETTI DELLE AZIONI VERTICALI
In caso di forti interassi ( > 4m) la trasmissione agli elementi principali avviene tramite travi secondarie e arcarecci
ARCARECCI: Inflessione nei due piani
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Suddivisione della copertura nella direzione del piano di falda
Possibili schemi statici (lunghezza commerciale dei profilati ~ 12m)
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ARCARECCI GIUNZIONI
Interamente bullonato
Parzialmente bullonato
Cerniera perfetta
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Giunzioni con la briglia superiore
TRAVI PRINCIPALI
Briglia superiore compressa
ARCARECCI GIUNZIONI
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Briglia superiore presso - inflessa
Briglia superiore presso - inflessa
TRAVI PRINCIPALI
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TRASMISSIONE DEL CARICO ALLE COLONNE
indirettamente tramite una trave di bordo
direttamente
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TRAVI RETICOLARI
A CESOIA
FINK 0POLONCEAU
INGLESE O HOWE
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WARREN
PRATT O MOHNIE
BOWSTRING
TRAVI RETICOLARI
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LUNGHEZZA DI LIBERA INFLESSIONE FUORI DAL PIANO E
NEL PIANO
E necessario disporre controventature nel piano della copertura anche per resistere
alle azioni orizzontali
Controvento Trasversale
Controvento Longitudinale
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EFFETTI DELLE AZIONI ORIZZONTALIAZIONI ORIZZONTALI : Sisma, Vento, CarriponteVENTO: - facciata trasversale con montanti verticali e listelli orizzontali
- listelli inflessi nel piano orizzontale e verticale- montanti (flessione trasv.) appoggiate al terreno ed in copertura
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VIE DI CORSA PER CARRIPONTE
AZIONI ORIZZONTALI AZIONI LONGITUDINALI
Carriponti modesti Trave a doppio T
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TIPOLOGIE STRUTTURALIV1: CoperturaV2: CarroponteV3: Peso proprioV4: FacciataW1, W2: Vento
COPERTURA: Stabilizzazione degli elementi compressi e trasmissione delle azioni orizzontali mediante pannelli di copertura adeguatamente solidarizzati
agli altri elementi strutturali
Ht: Forze orizzontali dovute al carroponte
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COPERTURA : Stabilizzazione degli elementi compressi e trasmissione delle azioni orizzontali mediante controventature
L c,h : Lunghezza libera dinflessione della briglia superiore della capriata
TIPOLOGIE STRUTTURALI
Orditura di controventi che rende fissa la copertura
Controventatura longitudinale
Controventatura trasversale
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le capriate appoggiano tutte sulle colonne, non pi
necessaria una controventatura longitudinale
le capriate non sono collegate agli arcarecci intermedi
Lc,h : Lunghezza libera dinflessione della briglia superiore della capriata
TIPOLOGIE STRUTTURALI
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STRUTTURE VERTICALI
TELAI TRASVERSALI E LONGITUDINALI
Aggravio per le colonne soprattutto per
sezioni a I
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CONTROVENTI TRASVERSALI E LONGITUDINALI
Ottimizza il comportamento
delle colonne ma maggior onere per
la copertura
TIPOLOGIE STRUTTURALI
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TELAI TRASVESALI CONTROVENTATI LONGITUDINALMENTE
Soluzione pi frequente
TIPOLOGIE STRUTTURALI
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SOLUZIONI A TELAI TRASVERSALI E CONTROVENTI LONGITUDINALI
Controventi per la riduzione della
lunghezza di libera inflessione
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CONTROVENTI :
A Croce di S. Andrea
Soluzione a ingombroridotto
Sfavorevole per le coazioni termiche
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TELAI TRASVERSALI
Carriponte di portata limitata
Carriponte impegnativi
Telaio classico
Telaio a traversi rigidi
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POSSIBILI SOLUZIONI : TELAI TRASVERSALI
Colonne a mensola (necessarie colonne
molto rigide)
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STABILIZZAZIONE DEI NODI DELLA BRIGLIA INFERIORE
TELAI TRASVERSALI
Controventature longitudinali
Elementi tesi
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Modelli di calcolo
TEOREMA STATICO DEL CALCOLO A ROTTURAIn una struttura soggetta ad un sistema di forze esterne Fj, sia u ilmoltiplicatore di collasso reale della struttura, cio siano uFj i valori dei carichiche portano al collasso della struttura. Se per un generico valore dei carichi Fjsi pu trovare una distribuzione di azioni interne che sia equilibrata con le forzeesterne Fj sar :
u
VALIDO SE: Non si hanno instabilit degli elementi Gli effetti del secondo ordine sono trascurabili Le deformazioni sono inferiori a quelle a rottura
Le connessioni reali sono, in genere, molto diverse dalle idealizzazione assuntePer stabilire se lidealizzazione a favore di sicurezza si pu far ricorso al:
Risulta perci a favore di sicurezza qualsiasi soluzione che pur violando lacongruenza: - sia equilibrata
- rispetti la resistenza dei materiali- possa contare su unadeguata duttilit
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SCHEMA PENDOLARE
Differenti localizzazioni delle cerniere ideali
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SCHEMA PENDOLARE
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SCHEMA1
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V(x-x) = R1; M(x-x) R1a V = R1 ; M(y-y) = R1(a + e)
N = R1B+R2B ; M = (R1B - R2B)a
LUCE TRAVE = L - 2a
N = R1 ; M = R1a
N = R1 ; M = R1(a + e) N = R1B+R2B ; M = (R1B - R2B) (a + e)LUCE TRAVE = L 2(a + e)
LUCE TRAVE = L
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SCHEMA PENDOLARE
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Le cerniere ideali possono essere disposte equivalentemente nelle tre posizioniillustrate, purch i vari elementi strutturali siano dimensionati correttamente.
Fine lezione
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SCHEMA PENDOLARE
Minimizza la sollecitazione nelle colonne
Favorevole se le colonne sono
orientate secondo la rigidezza massima
La scelta tra i tre modelli precedenti verr fatta individuando lelemento strutturale o la giunzione che costituisce il punto debole della struttura: si preferisce per esso lo schema che minimizza lo stato di sollecitazione
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Le reazioni Hi di ciascun piano vanno a caricare il controvento
verticale
i
ii
Ki hMHH 2
1
1+=
SCHEMA PENDOLARE
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TRACCIATURA DELLE TRAVI RETICOLARIModellazione con aste incernierate allestremit
DEVONO ESSERE SODDISFATTE LE SEGUENTI CONDIZIONI: la lunghezza di libera inflessione deve essere pari alla distanza fra le cerniere lo schema della trave deve essere tracciato secondo gli assi baricentrici
Asse di Truschino
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TRACCIATURA DELLE TRAVI RETICOLARI
Tracciamento sugli assi di Truschino
baricentri
truschino
N2N1 C B
A
N4
e
e2
N3
Momento parassita = N4 e
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TRAVI RETICOLARI DI CONTROVENTO
Legame N - uguale in trazione e compressione
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Legame N - differenziato in trazione e compressione
Azione assiale inferiore nellasta compressa ( < 100 ) Dimensionamento a diagonali solo tese ( > 200 )
TRAVI RETICOLARI DI CONTROVENTO
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DIMENSIONAMENTO AD ASTE TESE E COMPRESSE E AD ASTE SOLO TESE
Il dimensionamento ad aste solo tese porta a strutture pi deformabili
Verificare che le aste siano idonee a
sopportare il carico di compressione
Verificare che le aste siano idonee a
sbandare restando elastiche ( elevata)
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CONTROVENTI DI FALDA DI COPERTURA
DUE METODI DI CALCOLO: Arcarecci tesi e compressi Arcarecci solo tesi
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ARCARECCI DI COPERTURA
GERBER
APPOGGI ELASTICI
SOLUZIONE EQULIBRATA
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= 0 ottimizza la trave principale = 0,08579 ottimizza gli arcarecci
Mmax Mi R
0 qL2/8 0 qL
0,05 qL2/9,88 qL2/20 1,1qL
0,0625 qL2/10,44 qL2/16 1,125qL
0,08579 qL2/11,66 qL2/11,66 1,171qL
( )[ ]
=
+=
=
=
15,0125,0
22
2max
2
qLMLMqLR
LMqLR
qLM
iB
iA
i
ARCARECCI DI COPERTURA
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RIPARTIZIONE DELLE FORZE ORIZZONTALI TRA I CONTROVENTI VERTICALI
SISTEMA ISOSTATICO SISTEMA IPERSTATICO
Calcolo delle reazioni fra solai e singoli elementi di controvento
- Rigidezza degli elementi orizzontali del solaio
- Rigidezza degli elementi del sistema controventante
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SISTEMI IPERSTATICI Ripartizione delle forze orizzontali secondo il metodo semplificativo
Con lipotesi di impalcato rigido:
Ripartizione semplificatapiano per piano
RIPARTIZIONE DELLE FORZE ORIZZONTALI TRA I CONTROVENTI VERTICALI
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