Manuale acciaio con particolari
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Progettazione e realizzazione di solai
Prof. Ing. Riccardo Zandonini(1), Ing. Francesco Gadotti(2), Ing. Gioacchino Sarcina(2)
TECNICHE INNOVATIVE NELLA PROGETTAZIONE DI EDIFICI CON ELEMENTI SOTTILI IN ACCIAIO
Pisa, 27 maggio 2005
(1) University of Trento, Italy (2)Planning Srl, Rovereto (TN), Italy
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I sistemi di solaio composti
Le strutture di solaio realizzate con la mieragrecata e getto di Calcestruzzo sono per sèabbastanza recenti, ma ormai possono ritenersisoluzioni classiche.
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I sistemi di solaio composti
Lamiera in acciaioCARATTERISTICHE DELLA LAMIERA IN FASE DI MATURAZIONE DEL CALCESTRUZZO ADERENZA ACCIAIO E CALCESTRUZZOCARATTERISTICHE DEL SISTEMA COMPOSTO IN ESERCIZIO
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I sistemi di solaio compostiLA LAMIERA GRECATA
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I sistemi di solaio composti
IL COMPORTAMENTO DEI PROFILI SOTTILI
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I sistemi di solaio composti
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I sistemi di solaio compostiNUOVI CONNETTORI
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I sistemi Slim Floor
Sistemi strutturali Slim Floor – lo stato dell’artee confronti prestazionaliLa campagna sperimentaleUn metodo grafico di progetto dei sistemi Slim FloorIl trasferimento dello scorrimentoFuturi sviluppi e conclusioni
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I sistemi Slim Floor
Sistemi Slim Floor
Elementi di solaio
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I sistemi Slim Floor
Quali vantaggi:
Semplicità e velocita di realizzazione,Spessori di solaio limitati, Possibilità di adottare luci anche elevate senza ricorrere alla puntellazione,Buona resistenza al fuoco,Elevata rigidezza e resistenza strutturale.
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1. Lo stato dell’arte:sistema Hoesch
Sistema HoeschSistemi ScandinaviSistema inglese Slim FloorSistema Slim DeckSistema Trento
Luce solaio 5-6 mAltezza solaio 250 mm
Ridotto peso solaio
Maggiore altezza traveScarsa protezione al fuocoMaggiore onere per collegamento con elementiin lamiera
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1. Lo stato dell’arte:sistemi scandinavi
Sistema HoeschSistemi ScandinaviSistema inglese Slim FloorSistema Slim DeckSistema Trento
Luce solaio 12-15 m
Limitata altezza traveResistenza al fuoco
Elevato peso solaioMaggior costo profilo
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1. Lo stato dell’arte:sistema inglese anni 90
Sistema HoeschSistemi ScandinaviSistema inglese SlimFloorSistema Slim DeckSistema Trento
Luce solaio 12-15 m
Limitata altezza traveResistenza al fuocoProfilo acciaio poco costoso
Elevato peso solaioAcciaio sezione non ottimizzatoConnettori a taglio
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1. Lo stato dell’arte:sistema inglese attuale
Sistema HoeschSistemi ScandinaviSistema inglese SlimFloorSistema Slim DeckSistema Trento
Luce solaio 6-7 m
Ridotto peso solaioResistenza al fuocoAssenza connettori
Ridotte luci solaioSezione acciaio moltopesante (per REI)
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1. Lo stato dell’arte:sistema Trento
Sistema HoeschSistemi ScandinaviSistema Inglese Slim FloorSistema Slim DeckSistema Trento
Luce solaio 5-6 m con lamiera, > 12m con precompresso
Sezione acciaio ottimizzabileResistenza al fuocoRidotto spessore solaio
Presenza connettori
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IL SISTEMA: I DETTAGLI
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IL SISTEMA: I DETTAGLI
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IL SISTEMA: I DETTAGLI
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CONFRONTO TRA SISTEMI STRUTTURALI
Esempio applicativo ad una palazzina uffici
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L’EDIFICIO
Caratteristiche edificioSuperficie 1540 mq22 m larghezza, 70 m lunghezza6 piani2.7 m interpiano150 mm spessore finiture
550
550
550
550
700 700 700 700 700 700 700 700 700 700
CONCRETE CORE CONCRETE CORE
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L’EDIFICIO
Ipotesi progettualiEurocodes 2,3 and 4acciaio S355calcestruzzo C30/37 55
055
055
055
0
700 700 700 700 700 700 700 700 700 700
CONCRETE CORE CONCRETE CORE
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L’EDIFICIO
Carichisovraccarichi 3.0 kN/mqtramezze 1.0 kN/mqPerm. portati 1.5 kN/mq 55
055
055
055
0
700 700 700 700 700 700 700 700 700 700
CONCRETE CORE CONCRETE CORE
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I sistemi strutturali
Struttura in acciaioStruttura composta tradizionaleSistema HoeschSistema Slim Deck Sistema Trento
SLIM FLOOR
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I sistemi strutturali
Struttura in acciaioStruttura composta tradizionaleSistema HoeschSistema Slim Deck Sistema Trento
SLIM FLOOR
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I sistemi strutturali
Struttura in acciaioStruttura composta tradizionaleSistema HoeschSistema Slim Deck Sistema Trento
SLIM FLOOR
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CONFRONTI ALTEZZA SOLAIO ED EDIFICIO
0.230019.60680326SLD-System
0.194 0.06319.50655305TN-System
0.189 0.24320.20785435H-System
0.332 0.76819.90730380Comp.trad.
0.486 0.98021.10770420acciaio
Peso totale struttura (kN/mq)
Sup. da proteggere al fuoco (mq/mq di solaio)
Altezza edificio (m)
Altezza totale solaio (mm)
Pacchetto strutt. (mm)
Floor System
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CONFRONTIPESO ACCIAIO
0.2300.05300.0290.148SLD-System
0.194 0.04950.0290.116TN-System
0.189 0.04600.0290.114H-System
0.332 0.0460 0.1770.109Comp. Trad.
0.486 0.04600.3010.139acciaio
Totale(kN/mq)
Colonne(kN/mq)
Travi secondarie (kN/mq)
Travi principali (kN/mq)
Floor System
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Prove sui giunti
4 prove su giunti interni4 prove su giunti esterni
HE 260 B
HSS 200x200x10
HE 260 B
HSS 200x200x10 0.30SFJET2
0.57SFJET1
0.30SFJEH2
0.57SFJEH1
0.30SFJIT2
0.57SFJIT1
0.30SFJIH2
0.57SFJIH1
ρ %COLUMN SHAPENODESPECIMEN
P P
P
ρ = percentuale di armatura
Attività di ricerca a Trento
2. Analisi sperimentale
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CLASSIFICAZIONE DEI GIUNTI
![Page 30: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/30.jpg)
Il modello per il calcolo dei giunti
Il metodo per componenti
Modelli per l’interazione tra la soletta e la colonna in giunti esterni
![Page 31: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/31.jpg)
2. Analisi sperimentale
9 test su 3 campioni con diverso grado di connessione
Test su travi
Attività di ricerca a Trento
![Page 32: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/32.jpg)
2.1 Le prove
![Page 33: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/33.jpg)
2.2 I risultati
050
100150200250300350400450
0 25 50 75 100 125 150
δ [mm]
F[kN]
SFB1 CSFB2 CSFB3 C
δ
F F
collapse of concrete
0
40
80
120
160
200
240
280
0 25 50 75 100 125 150
δ [mm]
F[kN]
SFB1 LSFB2 LSFB3 L
δ
F
MOMENTO POSITIVO MOMENTO NEGATIVO
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2.3 Conclusioni
Si può progettare i giunti in modo dagarantire un livello di semi-continuitàsufficiente ai fini dell’ottimizzazione del sistema.Si instaura un meccanismo di trasferimentodello scorrimento più efficace rispetto allesoluzioni tradizionali. E’ ipotizzabile unariduzione del numero di connettori.
![Page 35: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/35.jpg)
Prove sperimentali su lamiere di tipo innovativo
Le prove
L’elemento di solaio
La nervatura trasversale
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Prove sperimentali su lamiere di tipo innovativo
Le prove ed il collasso
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Metodo di calcolo
Sezione parzializzataAcciaio (lamiera o barre aggiuntive) tesoCalcestruzzo compressoSi trascura il cls teso
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CONSIDERAZIONI PROGETTUALI
Le principali verifiche
![Page 39: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/39.jpg)
INDIVIDUAZIONE DEGLI ELEMENTI CRITICI DI PROGETTO
Verifiche SLS e SLU in fase di posaVerifiche SLS e SLU in fase di esercizioVerifica flessione trasversale piatto inferioreVerifica a taglio elementi di solaioCapacità rotazionale dei giuntiVerifica sistema di connessioneVerifica a taglio trasversale dell’ala superiore della sezione composta
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LA SEZIONE COMPOSTA:il solaio
![Page 41: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/41.jpg)
LA SEZIONE COMPOSTA:la trave
![Page 42: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/42.jpg)
VERIFICA DELLA SEZIONE COMPOSTA: flessione
![Page 43: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/43.jpg)
VERIFICA DELLA SEZIONE COMPOSTA: lo scorrimento
![Page 44: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/44.jpg)
CONSIDERAZIONI PROGETTUALI
Metodo grafico per ilpredimensionamento dei sistemi
Slim Floor
![Page 45: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/45.jpg)
IL MODELLO
kk
q
![Page 46: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/46.jpg)
IL METODO GRAFICOLE CURVE LIMITE
CURVA LIMITE PER MOMENTO POSITIVO
q
kk1
qd
ULS+
Msd > Mrd,b
k k
Msd < Mrd,b
![Page 47: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/47.jpg)
IL METODO GRAFICOLE CURVE LIMITE
CURVA LIMITE PER DEFORMABILITA’
SLS
k2
qd
q
k
kk
δ > δlim
δ
δ < δlim
![Page 48: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/48.jpg)
IL METODO GRAFICOLE CURVE LIMITE
CURVA LIMITE A MOMENTO NEGATIVO
![Page 49: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/49.jpg)
IL METODO GRAFICOL’OTTIMIZZAZIONE
Determinazione della sezione “ideale” della trave
ULS+
kid
qd
q
k
k kA
SLS
ULS(α id)
output:kid and α id
![Page 50: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/50.jpg)
IL METODO GRAFICOIL CASO REALE
Noti i valori reali di rigidezza e resistenza del giunto èpossibile ritracciare le curve limite
kid
qd
qinput:
k
kre and α re qe and q p
output:
kre
ULS-( αre)qp
qe
k φe k
qe φe
φp
φpqp
φ req = φp + φe < φu,j
SLS
ULS+
![Page 51: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/51.jpg)
METODO GRAFICOI DOMINI DI COMPORTAMENTO
qd
k1 k3 k
ULS-(αre)
qSLS
ULS+
k k
k k
if k1 < k < k3 the system is elastic
![Page 52: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/52.jpg)
LA FILOSOFIA DEL METODO
Individuazione vincoli progettualiTrave in semplice appoggioOttimizzazione sistema
Riduzione peso traveIndividuazione caratteristiche “ideali” dei giunti
Il sistema “reale”
![Page 53: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/53.jpg)
CONSIDERAZIONI PROGETTUALI
IL TRASFERIMENTO DELL’AZIONE DI SCORRIMENTO
![Page 54: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/54.jpg)
Metodo dell’interazione parziale per le lamiere grecate
EUROCODICE 4
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Metodo dell’interazione parziale per le lamiere grecate
![Page 56: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/56.jpg)
Legame resistente considerato nelle analisi
Coesione: ∆ = 0; τ = 1 N/mm2
Aderenza:∆ = 0.22; τ = 1.65 N/mm2
Oltre il limite di aderenza non si considera la resistenza
Il trasferimento dello scorrimento nella trave
LO STUDIO NUMERICO DI TRENTO
![Page 57: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/57.jpg)
Meccanismo di trasferimento
Il quadro fessurativo individua la formazione di bielle compresse di calcestruzzo
Il quadro fessurativo della trave
![Page 58: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/58.jpg)
Meccanismo di trasferimento
Si individua la formazione di un traliccio tridimensionale
Il traliccio resistente
![Page 59: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/59.jpg)
Analisi della fessurazione della trave
Si individuano anche le fessure di rottura per taglio
Modalità di collasso
![Page 60: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/60.jpg)
Modello 1
Tensione tangenziale resistente: COESIONEPerimetro resistente: ZONA COMPRESSA
COESIONE
Modello per coesione
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Modello 2
Tensione tangenziale resistente: COESIONEPerimetro resistente: CONTATTO ACCIAIO - CLS
COESIONE
Modello per coesione
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Modello 3
Tensione tangenziale resistente: COESIONE E ADERENZAPerimetro resistente: CONTATTO ACCIAIO - CLS
COESIONEADERENZA
Modello per coesione ed aderenza
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MAGLIA STRUTTURALE: 8.00 x 6.00 mCARICHI PERMANENTI PROPRI: 2.50 kN/m2
CARICHI PERMANENTI PORTATI: 2.50 kN/m2
CARICHI ACCIDENTALI: 3.00 kN/m2
SEZIONE RESISTENTE:Piatto inferiore: 400 x 15 mmPiatto d’anima: 210 x 10 mmPiatto superiore: 220 x 10 mmhSOLAIO: 285 mm
Esempio 1
![Page 64: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/64.jpg)
MOMENTO SOLLECITANTE SLU: 550.88 kNm
MOMENTO RESISTENTE PLASTICO: coef. sicurezzaMpl,Rd : 574.50 kNm 1.043
MOMENTO RESISTENTE CONTATTO: coef. sicurezzaMC,Rd1 : 641.59 kNm 1.165
MC,Rd2 : 1772.40 kNm 3.217
MC,Rd3 : 2129.03 kNm 3.865
Esempio 1
![Page 65: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/65.jpg)
MAGLIA STRUTTURALE: 10.00 x 6.00 mCARICHI PERMANENTI PROPRI: 3.30 kN/m2
CARICHI PERMANENTI PORTATI: 2.50 kN/m2
CARICHI ACCIDENTALI: 3.00 kN/m2
SEZIONE RESISTENTE:Piatto inferiore: 450 x 20 mmPiatto d’anima: 238 x 12 mmPiatto superiore: 270 x 12 mmhSOLAIO: 320 mm
Esempio 2
![Page 66: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/66.jpg)
MOMENTO SOLLECITANTE SLU: 939.50 kNm
MOMENTO RESISTENTE PLASTICO: coef. sicurezzaMpl,Rd : 943.27 kNm 1.004
MOMENTO RESISTENTE CONTATTO: coef. sicurezzaMC,Rd1 : 1063.12 kNm 1.132
MC,Rd2 : 2721.4 kNm 2.897
MC,Rd3 : 3249.9 kNm 3.459
Esempio 2
![Page 67: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/67.jpg)
MAGLIA STRUTTURALE: 12.00 x 6.00 mCARICHI PERMANENTI PROPRI: 3.90 kN/m2
CARICHI PERMANENTI PORTATI: 2.50 kN/m2
CARICHI ACCIDENTALI: 3.00 kN/m2
SEZIONE RESISTENTE:Piatto inferiore: 550 x 25 mmPiatto d’anima: 250 x 15 mmPiatto superiore: 265 x 25 mmhSOLAIO: 350 mm
Esempio 3
![Page 68: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/68.jpg)
MOMENTO SOLLECITANTE SLU: 1447.38 kNm
MOMENTO RESISTENTE PLASTICO: coef. sicurezzaMpl,Rd : 1523.36 kNm 1.052
MOMENTO RESISTENTE CONTATTO: coef. sicurezzaMC,Rd1 : 1552.2 kNm 1.072
MC,Rd2 : 4343.15 kNm 3.001
MC,Rd3 : 5287.1 kNm 3.653
Esempio 3
![Page 69: Manuale acciaio con particolari](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022081717/5527635755034622368b47a4/html5/thumbnails/69.jpg)
FUTURI SVILUPPI
Prove di laboratorio per l’individuazione del corretto meccanismo di trasferimento del taglioProve di laboratorio per la determinazione del momento resistente della sezione in fase 1 e 2 a seguito della storia di carico in fase 1Caratterizzazione del comportamento dei giunti in fase 1 e 2.