Progettare in muratura ordinaria e armata in zona sismica · Progettare in muratura ordinaria e...
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0 ARCHITETTI - numero 5 Maggio 008 ANDILWall [LATERIZI - TECNOLOGIA] Progettare in muratura ordinaria e armata in zona sismica Il recente panorama normativo, dall’emanazione nel lontano marzo 2003 della prima versione dell’Ordinanza sismica (O.P.C.M. 3274) all’attuale pubblicazione del D.M. 14.01.08 (“Norme tecniche per le costruzioni”, che sostituiscono quelle di cui al D.M. 14.09.05), ha compor- tato un notevole sconvolgimento negli studi professionali e nelle imprese di costruzioni. Di fatto, con riferimento alle nuove nor- me, tutte le nuove costruzioni dovranno essere progettate per sopportare azioni sismiche di entità superiore a quelle previste precedentemente. Risulta in tal modo ovvia la necessità di affi- nare i metodi di analisi e calcolo per consentire di sfruttare al meglio le risorse dei materiali e delle tipologie costruttive qualunque esse siano. Una delle risposte di ANDIL Assolaterizi a tale importante evoluzione normativa è stata quella di svi- luppare un ambizioso progetto: dotare i professionisti di un valido strumento di calcolo che consenta di dimensionare, ana- lizzare e verificare gli edifici con struttura portante in muratura tradizionale o armata. È nato così un programma di calcolo, denominato ANDILWall, che con- sente di effettuare le verifiche sismiche mediante analisi sta- tiche non lineari (o push-over). I vantaggi dell’analisi statica non lineare, rispetto all’analisi lineare statica o multimodale, consistono sostanzialmente in una migliore descrizione del comportamento della struttura in condizioni ultime ( 1 ), unita- mente ad una maggiore proba- bilità di successo della verifica di sicurezza. Tali vantaggi sono particolar- mente consistenti per la muratu- ra non armata, ma sono rilevanti anche per la muratura armata, in cui l’adozione dell’analisi non li- neare può consentire l’utilizzo di minori quantitativi di armatura. ANDILWall è un software di analisi strutturale che utilizza il codice di calcolo SAM II a macroelementi e si basa su ipotesi formulate in un metodo proposto da G. Magenes e G.M. Calvi nel 1996, di cui si è man- tenuto l’acronimo SAM (Seismic Analysis of Masonry walls). La valutazione della sicurezza viene eseguita dal software con riferimento al comportamento sismico globale degli edifici ( 2 ). Il programma può anche es- sere utilizzato per la verifica di costruzioni esistenti, quando la tipologia dell’edificio consen- te di applicare le ipotesi del modello utilizzato nel codice di calcolo. Il modello SAM II prevede una modellazione tri- dimensionale a macroelementi degli edifici in muratura, nella quale la struttura, costituita da Identificazione degli elementi strutturali di una parete in mu- ratura con cordolo in c.a. e de- finizione del modello a “telaio equivalente” elementi verticali (pannelli in muratura ordinaria e/o armata, pilastri e/o pareti in c.a.) ed elementi orizzontali (travi di accoppiamento in muratura non armata e cordoli in c.a.), viene schematizzata come un telaio equivalente. Il programma AN- DILWall è strutturato in maniera tale da gestire una progetta- zione a partire da uno schema strutturale “disegnato” a piani. L’input della geometria avviene mediante l’importazione dei dati da un file, generato in formato DXF, all’interno del quale l’utente ha riportato i setti murari e le rispettive aree di influenza dei solai gravanti su di essi. Impor- tati i vari livelli di impalcato, il programma genera un modello tridimensionale di pareti e solai, conforme al progetto disegnato dall’utente. Successivamente, è possibile assegnare ad ogni elemento una specifica caratte- ristica meccanica o, nel caso di solai, definire il carico gravante. Viene generato, poi, in automa- tico un nuovo modello a telaio equivalente. Tale modello verrà successivamente analizzato dal solutore SAM II, per tutte le com- binazioni di analisi selezionate dall’utente. In generale, per edi- fici non simmetrici, la normativa prevede di eseguire 16 analisi che tengano conto di forze si- Modello 3D dell’edificio La finestra dei risultati La curva “Forza-Spostamento” Modello a telaio smiche in due direzione orto- gonali, con eccentricità positive e negative e con distribuzioni uniformi e triangolari in altezza. Il gran numero di analisi da condurre può richiedere tempi di elaborazione molto elevati e, per questo motivo, all’interno del programma, l’utente può sele- zionare manualmente quali ana- lisi ritiene necessarie eseguire. È stata particolarmente curata l’interazione utente-programma, per permettere al progettista esperto di intervenire laddove lo ritenga necessario, evitando che molte scelte “cadano dall’alto” ovvero vengano imposte da chi ha implementato il software. Al termine delle analisi, è possibile disporre dei risultati sia in forma grafica che numerica. È possibi- le, in particolare, visualizzare sia lo spostamento dei master-node di piano che di tutta la struttura per ogni step di calcolo, oltre allo stato di sollecitazione e di danno di ogni elemento. Per ogni analisi è inoltre riportato lo step in cui viene raggiunto lo stato limite di danno della struttura e gli elementi che lo hanno determinato. Il risultato globale dell’analisi è riportato graficamente all’interno di una finestra del programma median- te il tracciamento della curva “forza-spostamento” di ogni analisi eseguita. Sul grafico è inoltre rappresentata la curva bilineare ad un grado di libertà ed i punti relativi alla capacità e domanda di spostamento allo stato limite di danno e allo stato limite ultimo della struttura. È quindi molto semplice per l’utente verificare visivamente il comportamento globale del- l’edificio e valutare il grado di sicurezza dello stesso. Ulteriori informazioni sono disponibili al- l’interno dello spazio web (www. laterizio.it, ANDILWall) creato appositamente per visualizzare esempi ed avere maggiori ap- profondimenti sul programma. Note 1. Magenes G., Morandi, P., (2006) “La progettazione si- smica degli edifici in muratura”, Costruire in Laterizio n. 110, marzo-aprile 2006, pp.60-65. 2. Magenes G., Bolognini D., Braggio C., (2000). “Metodi semplificati per l’analisi sismica non lineare di edifici in muratu- ra”, CNR - Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti, Roma.
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�0 ARCHITETTI - numero 5 Maggio �008
ANDILWall[LATERIZI - TECNOLOGIA]
Progettare in muratura ordinaria e armata in zona sismica
Il recente panorama normativo, dall’emanazione nel lontano marzo 2003 della prima versione dell’Ordinanza sismica (O.P.C.M. 3274) all’attuale pubblicazione del D.M. 14.01.08 (“Norme tecniche per le costruzioni”, che sostituiscono quelle di cui al D.M. 14.09.05), ha compor-tato un notevole sconvolgimento negli studi professionali e nelle imprese di costruzioni. Di fatto, con riferimento alle nuove nor-me, tutte le nuove costruzioni dovranno essere progettate per sopportare azioni sismiche di entità superiore a quelle previste precedentemente. Risulta in tal modo ovvia la necessità di affi-nare i metodi di analisi e calcolo per consentire di sfruttare al meglio le risorse dei materiali e delle tipologie costruttive qualunque esse siano. Una delle risposte di ANDIL Assolaterizi a tale importante evoluzione normativa è stata quella di svi-luppare un ambizioso progetto: dotare i professionisti di un valido strumento di calcolo che consenta di dimensionare, ana-lizzare e verificare gli edifici con struttura portante in muratura tradizionale o armata. È nato così un programma di calcolo, denominato ANDILWall, che con-sente di effettuare le verifiche sismiche mediante analisi sta-tiche non lineari (o push-over). I vantaggi dell’analisi statica
non lineare, rispetto all’analisi lineare statica o multimodale, consistono sostanzialmente in una migliore descrizione del comportamento della struttura in condizioni ultime (1), unita-mente ad una maggiore proba-bilità di successo della verifica di sicurezza. Tali vantaggi sono particolar-mente consistenti per la muratu-ra non armata, ma sono rilevanti anche per la muratura armata, in cui l’adozione dell’analisi non li-neare può consentire l’utilizzo di minori quantitativi di armatura. ANDILWall è un software di analisi strutturale che utilizza il codice di calcolo SAM II a macroelementi e si basa su ipotesi formulate in un metodo proposto da G. Magenes e G.M. Calvi nel 1996, di cui si è man-tenuto l’acronimo SAM (Seismic Analysis of Masonry walls). La valutazione della sicurezza viene eseguita dal software con riferimento al comportamento sismico globale degli edifici (2). Il programma può anche es-sere utilizzato per la verifica di costruzioni esistenti, quando la tipologia dell’edificio consen-te di applicare le ipotesi del modello utilizzato nel codice di calcolo. Il modello SAM II prevede una modellazione tri-dimensionale a macroelementi degli edifici in muratura, nella quale la struttura, costituita da
Identificazione degli elementi strutturali di una parete in mu-ratura con cordolo in c.a. e de-finizione del modello a “telaio equivalente”
elementi verticali (pannelli in muratura ordinaria e/o armata, pilastri e/o pareti in c.a.) ed elementi orizzontali (travi di accoppiamento in muratura non armata e cordoli in c.a.), viene schematizzata come un telaio equivalente. Il programma AN-DILWall è strutturato in maniera tale da gestire una progetta-zione a partire da uno schema strutturale “disegnato” a piani. L’input della geometria avviene mediante l’importazione dei dati da un file, generato in formato DXF, all’interno del quale l’utente ha riportato i setti murari e le rispettive aree di influenza dei solai gravanti su di essi. Impor-
tati i vari livelli di impalcato, il programma genera un modello tridimensionale di pareti e solai, conforme al progetto disegnato dall’utente. Successivamente, è possibile assegnare ad ogni elemento una specifica caratte-ristica meccanica o, nel caso di solai, definire il carico gravante. Viene generato, poi, in automa-tico un nuovo modello a telaio equivalente. Tale modello verrà successivamente analizzato dal solutore SAM II, per tutte le com-binazioni di analisi selezionate dall’utente. In generale, per edi-fici non simmetrici, la normativa prevede di eseguire 16 analisi che tengano conto di forze si-
Modello 3D dell’edificio
La finestra dei risultati
La curva “Forza-Spostamento”
Modello a telaio
smiche in due direzione orto-gonali, con eccentricità positive e negative e con distribuzioni uniformi e triangolari in altezza. Il gran numero di analisi da condurre può richiedere tempi di elaborazione molto elevati e, per questo motivo, all’interno del programma, l’utente può sele-zionare manualmente quali ana-lisi ritiene necessarie eseguire. È stata particolarmente curata l’interazione utente-programma, per permettere al progettista esperto di intervenire laddove lo ritenga necessario, evitando che molte scelte “cadano dall’alto” ovvero vengano imposte da chi ha implementato il software. Al termine delle analisi, è possibile disporre dei risultati sia in forma grafica che numerica. È possibi-le, in particolare, visualizzare sia lo spostamento dei master-node di piano che di tutta la struttura per ogni step di calcolo, oltre allo stato di sollecitazione e di danno di ogni elemento. Per ogni analisi è inoltre riportato lo step in cui viene raggiunto lo stato limite di danno della struttura e gli elementi che lo hanno determinato. Il risultato globale dell’analisi è riportato graficamente all’interno di una finestra del programma median-te il tracciamento della curva “forza-spostamento” di ogni analisi eseguita. Sul grafico è inoltre rappresentata la curva bilineare ad un grado di libertà ed i punti relativi alla capacità e domanda di spostamento allo stato limite di danno e allo stato limite ultimo della struttura. È quindi molto semplice per l’utente verificare visivamente il comportamento globale del-l’edificio e valutare il grado di sicurezza dello stesso. Ulteriori informazioni sono disponibili al-l’interno dello spazio web (www.laterizio.it, ANDILWall) creato appositamente per visualizzare esempi ed avere maggiori ap-profondimenti sul programma.
Note
1. Magenes G., Morandi, P., (2006) “La progettazione si-smica degli edifici in muratura”, Costruire in Laterizio n. 110, marzo-aprile 2006, pp.60-65.
2. Magenes G., Bolognini D., Braggio C., (2000). “Metodi semplificati per l’analisi sismica non lineare di edifici in muratu-ra”, CNR - Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti, Roma.
