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CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativo Comune di Castellammare di Stabia - Scuola Media Statale “Luigi Denza”- dal 27/02/2007 al 10/05/2007- ore 15.30-19.30 Modulo 8 – 22/03/2007 ore 15.30 – 19.30 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI DI CALCOLO Strutture a telaio Strutture a controventi eccentrici Aspetti normativi ed esempi di calcolo Docente: Dott. Ing. Beatrice Faggiano UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI “Federico II” Polo delle Scienze e delle Tecnologie Dipartimento di Ingegneria Strutturale

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CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALELa progettazione strutturale in zona sismica

Il nuovo quadro normativoComune di Castellammare di Stabia - Scuola Media Statale ldquoLuigi Denzardquo- dal 27022007 al 10052007- ore 1530-1930

Modulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930

PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO

bullStrutture a telaio bullStrutture a controventi eccentriciAspetti normativi ed esempi di calcolo

Docente Dott Ing Beatrice FaggianoUNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Polo delle Scienze e delle TecnologieDipartimento di Ingegneria Strutturale

1 Peculiaritagrave

2 Il sistema strutturale antisismico

3 Elementi che compongono il sistema sismoresistente

4 Classi di duttilitagrave strutturale

5 Fattore di struttura

6 Classificazione delle membrature

7 Gerarchia delle resistenze

8 Requisiti progettuali specifici per le zone dissipative

9 Collegamento trave - solaio

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

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1 PeculiaritagraveSono composte da telai assemblaggi di membrature rettilinee quali travi e colonne tra di loro rigidamente collegate

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Versatilitagrave architettonicaMassima flessibilitagrave nello sfruttamento degli spazi non vi sono elementi strutturali quali i controventi che impediscono lrsquoapertura di vani

Elevata deformabilitagrave lateraleSolitamente le dimensioni delle membrature sono condizionate dal controllo degli spostamenti laterali i quali devono essere contenuti entro le limitazioni imposte dalla normaRisultano cosigrave strutture sovraresistenti rispetto a quelle strettamente necessarie per il soddisfacimento dello stato limite ultimo

Regime di comportamento prevalentemente flessionalePrincipale risorsa di rigidezza laterale e di resistenza

1 Peculiaritagrave

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Elevate capacitagrave di dissipazione e duttilitagraveLe zone dissipative sono numerose e sono concentrate in regioni discrete alle estremitagrave delle aste dove si formano le cerniere plastiche che dissipano energia attraverso un comportamento ciclico a flessione stabile

Al fine di conseguire un comportamento duttile e quindi di massimizzare la capacitagrave di dissipare energia le cerniere plastiche devono svilupparsi prevalentemente nelle travi e allrsquoattacco tra le colonne e le fondazioni

ldquoMECCANISMO GLOBALErdquo

2 Il sistema strutturale antisismico

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Sistemi ldquonon-dissipativirdquoResistono in campo elastico a terremoti anche di tipo distruttivoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro elastico del terremoto

SISTEMI ldquoDISSIPATIVIrdquoIn caso di terremoti distruttivi dissipano energia mediante cicli di deformazione plastica di appositi elementi detti ldquozone dissipativerdquoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro di progetto del terremoto le cui ordinate spettrali sono ridotte rispetto a quelle corrispondenti allo spettro elastico La misura della riduzione egrave data dalle capacitagrave dissipative e dalla duttilitagrave dei sistemi strutturali attraverso il fattore di struttura q

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I DIAFRAMMI ORIZZONTALI

Controventi orizzontaligeneralmente adottati nel caso delle coperture dei fabbricati industriali monopiano o quando i solai sono realizzati con elementi semplicemente appoggiati alle traviSolaise i collegamenti con le travi di piano sono idonei a trasmettere le forze di taglio

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDISono normalmente progettati per sopportare sia le forze orizzontali sia i carichi verticali Casi limite

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-typePer effetto del sisma le travi traslano rigidamente senza dar luogo a rotazioni nodaliLe travi sono infinitamente meno rigide delle colonnePer effetto del sisma le colonne si inflettono come mensole incastrate alla base

I telai hanno comportamento intermedio funzione del rapporto di rigidezza travecolonna

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-type

Nei ritti i valori massimi del momento flettente sono della stessa entitagrave in altezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle colonnediams Migliore sfruttamento della resistenza del materialediams Peggiori capacitagrave deformative in campo plastico

Le travi sono infinitamente meno rigide delle colonne

Nei ritti il momento flettente varia notevolmente lungo lrsquoaltezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle travidiams Peggiore sfruttamento della resistenza del materialediams Migliori capacitagrave deformative in campo plastico

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

In presenza di forze sismiche minus i ritti centrali sono in prevalenza sollecitati a taglio minus i ritti laterali sono in prevalenza sollecitati a sforzo normale

questi ultimi contribuiscono sostanzialmente allrsquoassorbimento della coppia ribaltante generata dal sisma

Attenzione alle fondazioni perimetrali nel caso le forze normali di trazione dovute al terremoto superano le forze normali di compressione indotte dai carichi verticali

4 Classi di duttilitagrave strutturale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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Page 2: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

1 Peculiaritagrave

2 Il sistema strutturale antisismico

3 Elementi che compongono il sistema sismoresistente

4 Classi di duttilitagrave strutturale

5 Fattore di struttura

6 Classificazione delle membrature

7 Gerarchia delle resistenze

8 Requisiti progettuali specifici per le zone dissipative

9 Collegamento trave - solaio

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

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1 PeculiaritagraveSono composte da telai assemblaggi di membrature rettilinee quali travi e colonne tra di loro rigidamente collegate

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Versatilitagrave architettonicaMassima flessibilitagrave nello sfruttamento degli spazi non vi sono elementi strutturali quali i controventi che impediscono lrsquoapertura di vani

Elevata deformabilitagrave lateraleSolitamente le dimensioni delle membrature sono condizionate dal controllo degli spostamenti laterali i quali devono essere contenuti entro le limitazioni imposte dalla normaRisultano cosigrave strutture sovraresistenti rispetto a quelle strettamente necessarie per il soddisfacimento dello stato limite ultimo

Regime di comportamento prevalentemente flessionalePrincipale risorsa di rigidezza laterale e di resistenza

1 Peculiaritagrave

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Elevate capacitagrave di dissipazione e duttilitagraveLe zone dissipative sono numerose e sono concentrate in regioni discrete alle estremitagrave delle aste dove si formano le cerniere plastiche che dissipano energia attraverso un comportamento ciclico a flessione stabile

Al fine di conseguire un comportamento duttile e quindi di massimizzare la capacitagrave di dissipare energia le cerniere plastiche devono svilupparsi prevalentemente nelle travi e allrsquoattacco tra le colonne e le fondazioni

ldquoMECCANISMO GLOBALErdquo

2 Il sistema strutturale antisismico

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Sistemi ldquonon-dissipativirdquoResistono in campo elastico a terremoti anche di tipo distruttivoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro elastico del terremoto

SISTEMI ldquoDISSIPATIVIrdquoIn caso di terremoti distruttivi dissipano energia mediante cicli di deformazione plastica di appositi elementi detti ldquozone dissipativerdquoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro di progetto del terremoto le cui ordinate spettrali sono ridotte rispetto a quelle corrispondenti allo spettro elastico La misura della riduzione egrave data dalle capacitagrave dissipative e dalla duttilitagrave dei sistemi strutturali attraverso il fattore di struttura q

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I DIAFRAMMI ORIZZONTALI

Controventi orizzontaligeneralmente adottati nel caso delle coperture dei fabbricati industriali monopiano o quando i solai sono realizzati con elementi semplicemente appoggiati alle traviSolaise i collegamenti con le travi di piano sono idonei a trasmettere le forze di taglio

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDISono normalmente progettati per sopportare sia le forze orizzontali sia i carichi verticali Casi limite

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-typePer effetto del sisma le travi traslano rigidamente senza dar luogo a rotazioni nodaliLe travi sono infinitamente meno rigide delle colonnePer effetto del sisma le colonne si inflettono come mensole incastrate alla base

I telai hanno comportamento intermedio funzione del rapporto di rigidezza travecolonna

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-type

Nei ritti i valori massimi del momento flettente sono della stessa entitagrave in altezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle colonnediams Migliore sfruttamento della resistenza del materialediams Peggiori capacitagrave deformative in campo plastico

Le travi sono infinitamente meno rigide delle colonne

Nei ritti il momento flettente varia notevolmente lungo lrsquoaltezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle travidiams Peggiore sfruttamento della resistenza del materialediams Migliori capacitagrave deformative in campo plastico

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

In presenza di forze sismiche minus i ritti centrali sono in prevalenza sollecitati a taglio minus i ritti laterali sono in prevalenza sollecitati a sforzo normale

questi ultimi contribuiscono sostanzialmente allrsquoassorbimento della coppia ribaltante generata dal sisma

Attenzione alle fondazioni perimetrali nel caso le forze normali di trazione dovute al terremoto superano le forze normali di compressione indotte dai carichi verticali

4 Classi di duttilitagrave strutturale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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FRA 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Page 3: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

1 PeculiaritagraveSono composte da telai assemblaggi di membrature rettilinee quali travi e colonne tra di loro rigidamente collegate

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Versatilitagrave architettonicaMassima flessibilitagrave nello sfruttamento degli spazi non vi sono elementi strutturali quali i controventi che impediscono lrsquoapertura di vani

Elevata deformabilitagrave lateraleSolitamente le dimensioni delle membrature sono condizionate dal controllo degli spostamenti laterali i quali devono essere contenuti entro le limitazioni imposte dalla normaRisultano cosigrave strutture sovraresistenti rispetto a quelle strettamente necessarie per il soddisfacimento dello stato limite ultimo

Regime di comportamento prevalentemente flessionalePrincipale risorsa di rigidezza laterale e di resistenza

1 Peculiaritagrave

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Elevate capacitagrave di dissipazione e duttilitagraveLe zone dissipative sono numerose e sono concentrate in regioni discrete alle estremitagrave delle aste dove si formano le cerniere plastiche che dissipano energia attraverso un comportamento ciclico a flessione stabile

Al fine di conseguire un comportamento duttile e quindi di massimizzare la capacitagrave di dissipare energia le cerniere plastiche devono svilupparsi prevalentemente nelle travi e allrsquoattacco tra le colonne e le fondazioni

ldquoMECCANISMO GLOBALErdquo

2 Il sistema strutturale antisismico

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Sistemi ldquonon-dissipativirdquoResistono in campo elastico a terremoti anche di tipo distruttivoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro elastico del terremoto

SISTEMI ldquoDISSIPATIVIrdquoIn caso di terremoti distruttivi dissipano energia mediante cicli di deformazione plastica di appositi elementi detti ldquozone dissipativerdquoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro di progetto del terremoto le cui ordinate spettrali sono ridotte rispetto a quelle corrispondenti allo spettro elastico La misura della riduzione egrave data dalle capacitagrave dissipative e dalla duttilitagrave dei sistemi strutturali attraverso il fattore di struttura q

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I DIAFRAMMI ORIZZONTALI

Controventi orizzontaligeneralmente adottati nel caso delle coperture dei fabbricati industriali monopiano o quando i solai sono realizzati con elementi semplicemente appoggiati alle traviSolaise i collegamenti con le travi di piano sono idonei a trasmettere le forze di taglio

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDISono normalmente progettati per sopportare sia le forze orizzontali sia i carichi verticali Casi limite

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-typePer effetto del sisma le travi traslano rigidamente senza dar luogo a rotazioni nodaliLe travi sono infinitamente meno rigide delle colonnePer effetto del sisma le colonne si inflettono come mensole incastrate alla base

I telai hanno comportamento intermedio funzione del rapporto di rigidezza travecolonna

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-type

Nei ritti i valori massimi del momento flettente sono della stessa entitagrave in altezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle colonnediams Migliore sfruttamento della resistenza del materialediams Peggiori capacitagrave deformative in campo plastico

Le travi sono infinitamente meno rigide delle colonne

Nei ritti il momento flettente varia notevolmente lungo lrsquoaltezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle travidiams Peggiore sfruttamento della resistenza del materialediams Migliori capacitagrave deformative in campo plastico

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

In presenza di forze sismiche minus i ritti centrali sono in prevalenza sollecitati a taglio minus i ritti laterali sono in prevalenza sollecitati a sforzo normale

questi ultimi contribuiscono sostanzialmente allrsquoassorbimento della coppia ribaltante generata dal sisma

Attenzione alle fondazioni perimetrali nel caso le forze normali di trazione dovute al terremoto superano le forze normali di compressione indotte dai carichi verticali

4 Classi di duttilitagrave strutturale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 4: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

1 Peculiaritagrave

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Elevate capacitagrave di dissipazione e duttilitagraveLe zone dissipative sono numerose e sono concentrate in regioni discrete alle estremitagrave delle aste dove si formano le cerniere plastiche che dissipano energia attraverso un comportamento ciclico a flessione stabile

Al fine di conseguire un comportamento duttile e quindi di massimizzare la capacitagrave di dissipare energia le cerniere plastiche devono svilupparsi prevalentemente nelle travi e allrsquoattacco tra le colonne e le fondazioni

ldquoMECCANISMO GLOBALErdquo

2 Il sistema strutturale antisismico

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Sistemi ldquonon-dissipativirdquoResistono in campo elastico a terremoti anche di tipo distruttivoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro elastico del terremoto

SISTEMI ldquoDISSIPATIVIrdquoIn caso di terremoti distruttivi dissipano energia mediante cicli di deformazione plastica di appositi elementi detti ldquozone dissipativerdquoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro di progetto del terremoto le cui ordinate spettrali sono ridotte rispetto a quelle corrispondenti allo spettro elastico La misura della riduzione egrave data dalle capacitagrave dissipative e dalla duttilitagrave dei sistemi strutturali attraverso il fattore di struttura q

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I DIAFRAMMI ORIZZONTALI

Controventi orizzontaligeneralmente adottati nel caso delle coperture dei fabbricati industriali monopiano o quando i solai sono realizzati con elementi semplicemente appoggiati alle traviSolaise i collegamenti con le travi di piano sono idonei a trasmettere le forze di taglio

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDISono normalmente progettati per sopportare sia le forze orizzontali sia i carichi verticali Casi limite

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-typePer effetto del sisma le travi traslano rigidamente senza dar luogo a rotazioni nodaliLe travi sono infinitamente meno rigide delle colonnePer effetto del sisma le colonne si inflettono come mensole incastrate alla base

I telai hanno comportamento intermedio funzione del rapporto di rigidezza travecolonna

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-type

Nei ritti i valori massimi del momento flettente sono della stessa entitagrave in altezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle colonnediams Migliore sfruttamento della resistenza del materialediams Peggiori capacitagrave deformative in campo plastico

Le travi sono infinitamente meno rigide delle colonne

Nei ritti il momento flettente varia notevolmente lungo lrsquoaltezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle travidiams Peggiore sfruttamento della resistenza del materialediams Migliori capacitagrave deformative in campo plastico

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

In presenza di forze sismiche minus i ritti centrali sono in prevalenza sollecitati a taglio minus i ritti laterali sono in prevalenza sollecitati a sforzo normale

questi ultimi contribuiscono sostanzialmente allrsquoassorbimento della coppia ribaltante generata dal sisma

Attenzione alle fondazioni perimetrali nel caso le forze normali di trazione dovute al terremoto superano le forze normali di compressione indotte dai carichi verticali

4 Classi di duttilitagrave strutturale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP ltFEFF005500740069006c0069006300650020006500730074006100200063006f006e0066006900670075007200610063006900f3006e0020007000610072006100200063007200650061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000640065002000410064006f0062006500200050004400460020007000610072006100200063006f006e00730065006700750069007200200069006d0070007200650073006900f3006e002000640065002000630061006c006900640061006400200065006e00200069006d0070007200650073006f0072006100730020006400650020006500730063007200690074006f00720069006f00200079002000680065007200720061006d00690065006e00740061007300200064006500200063006f00720072006500630063006900f3006e002e002000530065002000700075006500640065006e00200061006200720069007200200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000630072006500610064006f007300200063006f006e0020004100630072006f006200610074002c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000200079002000760065007200730069006f006e0065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002egt FRA 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ITA 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 JPN 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Page 5: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

2 Il sistema strutturale antisismico

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Sistemi ldquonon-dissipativirdquoResistono in campo elastico a terremoti anche di tipo distruttivoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro elastico del terremoto

SISTEMI ldquoDISSIPATIVIrdquoIn caso di terremoti distruttivi dissipano energia mediante cicli di deformazione plastica di appositi elementi detti ldquozone dissipativerdquoLe azioni sismiche si calcolano considerando lo spettro di progetto del terremoto le cui ordinate spettrali sono ridotte rispetto a quelle corrispondenti allo spettro elastico La misura della riduzione egrave data dalle capacitagrave dissipative e dalla duttilitagrave dei sistemi strutturali attraverso il fattore di struttura q

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I DIAFRAMMI ORIZZONTALI

Controventi orizzontaligeneralmente adottati nel caso delle coperture dei fabbricati industriali monopiano o quando i solai sono realizzati con elementi semplicemente appoggiati alle traviSolaise i collegamenti con le travi di piano sono idonei a trasmettere le forze di taglio

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDISono normalmente progettati per sopportare sia le forze orizzontali sia i carichi verticali Casi limite

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-typePer effetto del sisma le travi traslano rigidamente senza dar luogo a rotazioni nodaliLe travi sono infinitamente meno rigide delle colonnePer effetto del sisma le colonne si inflettono come mensole incastrate alla base

I telai hanno comportamento intermedio funzione del rapporto di rigidezza travecolonna

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-type

Nei ritti i valori massimi del momento flettente sono della stessa entitagrave in altezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle colonnediams Migliore sfruttamento della resistenza del materialediams Peggiori capacitagrave deformative in campo plastico

Le travi sono infinitamente meno rigide delle colonne

Nei ritti il momento flettente varia notevolmente lungo lrsquoaltezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle travidiams Peggiore sfruttamento della resistenza del materialediams Migliori capacitagrave deformative in campo plastico

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

In presenza di forze sismiche minus i ritti centrali sono in prevalenza sollecitati a taglio minus i ritti laterali sono in prevalenza sollecitati a sforzo normale

questi ultimi contribuiscono sostanzialmente allrsquoassorbimento della coppia ribaltante generata dal sisma

Attenzione alle fondazioni perimetrali nel caso le forze normali di trazione dovute al terremoto superano le forze normali di compressione indotte dai carichi verticali

4 Classi di duttilitagrave strutturale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 6: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I DIAFRAMMI ORIZZONTALI

Controventi orizzontaligeneralmente adottati nel caso delle coperture dei fabbricati industriali monopiano o quando i solai sono realizzati con elementi semplicemente appoggiati alle traviSolaise i collegamenti con le travi di piano sono idonei a trasmettere le forze di taglio

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDISono normalmente progettati per sopportare sia le forze orizzontali sia i carichi verticali Casi limite

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-typePer effetto del sisma le travi traslano rigidamente senza dar luogo a rotazioni nodaliLe travi sono infinitamente meno rigide delle colonnePer effetto del sisma le colonne si inflettono come mensole incastrate alla base

I telai hanno comportamento intermedio funzione del rapporto di rigidezza travecolonna

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-type

Nei ritti i valori massimi del momento flettente sono della stessa entitagrave in altezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle colonnediams Migliore sfruttamento della resistenza del materialediams Peggiori capacitagrave deformative in campo plastico

Le travi sono infinitamente meno rigide delle colonne

Nei ritti il momento flettente varia notevolmente lungo lrsquoaltezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle travidiams Peggiore sfruttamento della resistenza del materialediams Migliori capacitagrave deformative in campo plastico

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

In presenza di forze sismiche minus i ritti centrali sono in prevalenza sollecitati a taglio minus i ritti laterali sono in prevalenza sollecitati a sforzo normale

questi ultimi contribuiscono sostanzialmente allrsquoassorbimento della coppia ribaltante generata dal sisma

Attenzione alle fondazioni perimetrali nel caso le forze normali di trazione dovute al terremoto superano le forze normali di compressione indotte dai carichi verticali

4 Classi di duttilitagrave strutturale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 PTB ltFEFF005500740069006c0069007a006500200065007300730061007300200063006f006e00660069006700750072006100e700f50065007300200064006500200066006f0072006d00610020006100200063007200690061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000410064006f0062006500200050004400460020007000610072006100200069006d0070007200650073007300f5006500730020006400650020007100750061006c0069006400610064006500200065006d00200069006d00700072006500730073006f0072006100730020006400650073006b0074006f00700020006500200064006900730070006f00730069007400690076006f0073002000640065002000700072006f00760061002e0020004f007300200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000630072006900610064006f007300200070006f00640065006d0020007300650072002000610062006500720074006f007300200063006f006d0020006f0020004100630072006f006200610074002000650020006f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030002000650020007600650072007300f50065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002egt SUO ltFEFF004b00e40079007400e40020006e00e40069007400e4002000610073006500740075006b007300690061002c0020006b0075006e0020006c0075006f0074002000410064006f0062006500200050004400460020002d0064006f006b0075006d0065006e007400740065006a00610020006c0061006100640075006b006100730074006100200074007900f6007000f60079007400e400740075006c006f0073007400750073007400610020006a00610020007600650064006f007300740075007300740061002000760061007200740065006e002e00200020004c0075006f0064007500740020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740069007400200076006f0069006400610061006e0020006100760061007400610020004100630072006f0062006100740069006c006c00610020006a0061002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030003a006c006c00610020006a006100200075007500640065006d006d0069006c006c0061002egt SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 7: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

Le travi sono infinitamente piugrave rigide delle colonne Telaio shear-type

Nei ritti i valori massimi del momento flettente sono della stessa entitagrave in altezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle colonnediams Migliore sfruttamento della resistenza del materialediams Peggiori capacitagrave deformative in campo plastico

Le travi sono infinitamente meno rigide delle colonne

Nei ritti il momento flettente varia notevolmente lungo lrsquoaltezzaCollasso per formazione di cerniere plastiche alle estremitagrave delle travidiams Peggiore sfruttamento della resistenza del materialediams Migliori capacitagrave deformative in campo plastico

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

In presenza di forze sismiche minus i ritti centrali sono in prevalenza sollecitati a taglio minus i ritti laterali sono in prevalenza sollecitati a sforzo normale

questi ultimi contribuiscono sostanzialmente allrsquoassorbimento della coppia ribaltante generata dal sisma

Attenzione alle fondazioni perimetrali nel caso le forze normali di trazione dovute al terremoto superano le forze normali di compressione indotte dai carichi verticali

4 Classi di duttilitagrave strutturale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU ltFEFF00560065007200770065006e00640065006e0020005300690065002000640069006500730065002000450069006e007300740065006c006c0075006e00670065006e0020007a0075006d002000450072007300740065006c006c0065006e00200076006f006e002000410064006f006200650020005000440046002d0044006f006b0075006d0065006e00740065006e002c00200076006f006e002000640065006e0065006e002000530069006500200068006f00630068007700650072007400690067006500200044007200750063006b006500200061007500660020004400650073006b0074006f0070002d0044007200750063006b00650072006e00200075006e0064002000500072006f006f0066002d00470065007200e400740065006e002000650072007a0065007500670065006e0020006d00f60063006800740065006e002e002000450072007300740065006c006c007400650020005000440046002d0044006f006b0075006d0065006e007400650020006b00f6006e006e0065006e0020006d006900740020004100630072006f00620061007400200075006e0064002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f0064006500720020006800f600680065007200200067006500f600660066006e00650074002000770065007200640065006e002egt ESP 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 FRA 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ITA ltFEFF005500740069006c0069007a007a006100720065002000710075006500730074006500200069006d0070006f007300740061007a0069006f006e00690020007000650072002000630072006500610072006500200064006f00630075006d0065006e00740069002000410064006f006200650020005000440046002000700065007200200075006e00610020007300740061006d007000610020006400690020007100750061006c0069007400e00020007300750020007300740061006d00700061006e0074006900200065002000700072006f006f0066006500720020006400650073006b0074006f0070002e0020004900200064006f00630075006d0065006e007400690020005000440046002000630072006500610074006900200070006f00730073006f006e006f0020006500730073006500720065002000610070006500720074006900200063006f006e0020004100630072006f00620061007400200065002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000200065002000760065007200730069006f006e006900200073007500630063006500730073006900760065002egt JPN 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 8: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

3 Elementi che compongono il sistema sismo-resistente

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

I CONTROVENTI VERTICALI I TELAI A NODI RIGIDII TELAI A NODI RIGIDI

In presenza di forze sismiche minus i ritti centrali sono in prevalenza sollecitati a taglio minus i ritti laterali sono in prevalenza sollecitati a sforzo normale

questi ultimi contribuiscono sostanzialmente allrsquoassorbimento della coppia ribaltante generata dal sisma

Attenzione alle fondazioni perimetrali nel caso le forze normali di trazione dovute al terremoto superano le forze normali di compressione indotte dai carichi verticali

4 Classi di duttilitagrave strutturale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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FRA 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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Page 9: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

4 Classi di duttilitagrave strutturale

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

STRUTTURE A BASSA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento di tipo elastico

le membrature strutturali sono dimensionate sulla base dei valori delle caratteristiche della sollecitazione interna ottenuti mediante lrsquoanalisi globale elastica

STRUTTURE AD ALTA DUTTILITAgraveSi adottano criteri di dimensionamento per il controllo del meccanismo di collasso

gli elementi non dissipativi sono dimensionati nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

Per i sistemi dissipativii sistemi dissipativi

Si definiscono in funzione dei criteri di dimensionamento e del dettaglio costruttivo delle zone dissipative

5 Fattore di struttura

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 10: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Valore di riferimento q0Classe di duttilitarsquo della struttura Tipologia strutturale Bassa Alta

Strutture intelaiate 4 5 αuα1 Strutture a controventi reticolari concentrici 2 4 Strutture a controventi eccentrici 4 5 αuα1 Strutture a mensola o a pendolo invertito 2 -- Strutture intelaiate controventate 4 4 αuα1

Valori approssimati del rapporto αuα1 Schema strutturale αuα1 q0 Strutture intelaiate di un piano 11 55 Strutture intelaiate di piugrave piani e una campata 12 6 Strutture intelaiate di piugrave piani e piugrave campate 13 65 Strutture a controventi eccentrici 12 6

Ersquo la misura della duttilitagrave e della capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia della strutturaErsquo definito attraverso un Valore di riferimento q0funzione della tipologia strutturale e della classe di duttilitagrave della struttura

αuα1 le 16 q0 le 8

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB ltFEFF005500740069006c0069007a006500200065007300730061007300200063006f006e00660069006700750072006100e700f50065007300200064006500200066006f0072006d00610020006100200063007200690061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000410064006f0062006500200050004400460020007000610072006100200069006d0070007200650073007300f5006500730020006400650020007100750061006c0069006400610064006500200065006d00200069006d00700072006500730073006f0072006100730020006400650073006b0074006f00700020006500200064006900730070006f00730069007400690076006f0073002000640065002000700072006f00760061002e0020004f007300200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000630072006900610064006f007300200070006f00640065006d0020007300650072002000610062006500720074006f007300200063006f006d0020006f0020004100630072006f006200610074002000650020006f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030002000650020007600650072007300f50065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002egt SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 11: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

5 Fattore di struttura

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

q=kD kR q0

kD dipende dalle risorse di duttilitagrave locale delle membrature costituenti le parti dissipativekR dipende dalla regolaritagrave strutturale in pianta ed in elevazione

Ersquo associato alla categoria di duttilitagrave della membratura in accordo alla classificazione proposta dalla stessa Ordinanza

Il coefficiente kR le1 In modo semplicistico si assegna il valore kR=08 per le strutture che non rispettano i requisiti di regolaritagrave

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=

fsf

Nel caso di strutture costituite da membrature appartenenti a diverse categorie di duttilitagrave il valore di kD deve essere assunto pari a quello della categoria inferiore Le membrature snelle possono essere impiegate solo in zone di bassa sismicitagrave

Il coefficiente kD

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 PTB 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 12: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per profili a doppio T laminati a caldo o in composizione saldata per gli usuali acciai da carpenteria

tLB2 2 fy yf w

1 min 1250695 1632 0062 0602λ λ

⎧ ⎫⎪ ⎪= = le ⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭+ sdot + sdot minus

ffs bf fL

yff

f2λ =

fbt E

ywew

w2λ =

fdt E

wwe w

w1

⎛ ⎞= + le⎜ ⎟

⎝ ⎠

d Ad dA

λf e λw sono rispettivamente i parametri di snellezza delle ali e dellrsquoanima

dweldquoaltezza efficace dellrsquoanimardquo lrsquoaltezza della parte compressa dellrsquoanima quando la sezione egrave completamente plasticizzata per effetto della sollecitazione composta di M e N

ρ =NSdAfy egrave il rapporto tra lo sforzo normale di progetto e lo sforzo normale plastico

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 PTB 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 13: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

6 Classificazione delle membrature

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Nel caso di sezioni di forma diversa dal doppio T si puograve fare riferimento alla Classificazione secondo EC3

MMpl

1 θuθyθ

MuMpl

1

MyMpl

1122

33

44 1-Ductile2-Compact3-Semi-compact4-Slender

Corrispondenza tra le classi di comportamento delle sezioni (EC3) e le categorie di duttilitagravedelle membrature (Ordinanza)

Classe 1 Categoria Duttile Classi 2 e 3 Categoria PlasticaClasse 4 Categoria Snella

La classificazione delle membrature in categorie di duttilitagraveCategoria di duttilitagrave delle membrature Valori del parametro s kD Duttili s gt 120 100 Plastiche 100lt s lt 120 075 Snelle s le 100 050

LB

y=fsf

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 14: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Il comportamento strutturale dissipativo prevede che alcune parti della struttura (zone dissipative) possano plasticizzare in occasione di un sisma

Le zone non dissipative devono essere progettate con sovraresistenza tale da resistere in campo elastico alle azioni ad esse trasmesse in occasione del sisma

CRITERIO DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE IN FORMA SEMPLIFICATA E UNIFICATA

fiG iEf fiR S Sαge + sdot

Rfi la resistenza di progetto della i-esima parte fragile SfiG e SfiE le sollecitazioni elastiche prodotte dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche di progettoα gt 1 il fattore che tiene conto del passaggio dalle sollecitazioni elastiche a quelle plastiche

il valore limite superiore egrave il fattore di struttura q

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 15: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per favorire la formazione di un meccanismo di collasso di tipo globale il criterio di gerarchia impone che le colonne e i collegamenti rimangano in campo elastico per effetto delle azioni di progetto mentre le travi si plasticizzano

COLONNE

( )cSd cSdccRdre d cRd ESdGM M MN M α= ge +

cSdG cSdEcSdV V Vα= +

Meccansimi di collasso

di piano globale

bSdGbplRdi

bSdE

o

i

v i imin qM

s M Mγα

⎧ ⎫sdot sdot minus⎪ ⎪= le⎨ ⎬⎪ ⎪⎩ ⎭

cSdG cSdEcSdN N Nα= +-NcSd lo sforzo assiale nella colonna prodotto dalla combinazione sismica di progetto -(NcSdG McSdG) e (NcSdE McSdE) le coppie di sollecitazioni (N M) prodotte nella colonna rispettivamente dai carichi gravitazionali e dalle forze sismiche della combinazione sismica di progetto-MbSdGi MbSdEi i momenti flettenti nellrsquoiesima trave dovuti rispettivamente ai carichi gravitazionali e alle forze sismiche della combinazione sismica di progettominusγov si MplbRdi la resistenza flessionale ultima dellrsquoiesimatrave

α egrave il moltiplicatore delle forze sismiche di progetto che corrisponde alla formazione della 1a cerniera plastica Deve essere calcolato per tutte le travi del telaio

bbplRd bSo dEiSdv i Giiγ αsdot sdot = + MM Ms

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 16: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

Nelle travi inflesse per favorire la formazione delle cerniere plastiche flessionali scongiurando la crisi per taglio deve valere

GSd MSd plRd050V V V+ le

TRAVI

γov s MbplRd (g+q)E

VGSd = (g+q)EmiddotL2 +

VMSd = 2 γov s MbplRdL

L (g+q)E = combinazione sismica dei carichi verticali di progetto γov s MbplRd = resistenza plastica massima delle travi

γov s MbplRd

il coefficiente 05 riduttivo del valore del taglio plastico (VplRd) garantisce lrsquoattingimento dellrsquointero valore del momento plastico della trave (MbplRd)

MRdMbplRd

VSdVplRd05 1

1

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 SUO ltFEFF004b00e40079007400e40020006e00e40069007400e4002000610073006500740075006b007300690061002c0020006b0075006e0020006c0075006f0074002000410064006f0062006500200050004400460020002d0064006f006b0075006d0065006e007400740065006a00610020006c0061006100640075006b006100730074006100200074007900f6007000f60079007400e400740075006c006f0073007400750073007400610020006a00610020007600650064006f007300740075007300740061002000760061007200740065006e002e00200020004c0075006f0064007500740020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740069007400200076006f0069006400610061006e0020006100760061007400610020004100630072006f0062006100740069006c006c00610020006a0061002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030003a006c006c00610020006a006100200075007500640065006d006d0069006c006c0061002egt SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 17: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA I pannelli nodali devono essere progettati in modo da escludere la loro plasticizzazione a taglio

La resistenza a taglio del pannello nodale (VwpRd) deve essere minore del massimo taglio sollecitante il pannello stesso (VwpSd) in corrispondenza della formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegata

La resistenza a taglio dei pannelli nodali deve tenere conto della presenza degli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

Piatti di continuitagrave Piastra drsquoanima Piatti di continuitagravee piastra drsquoanima

Piatti di continuitagrave e nervatura diagonale

wpRd wpSdV Vge

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 18: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

massimo taglio sollecitante il pannello nodale corrispondente alla formazione della cerniera plastica allrsquoestremitagrave della trave collegatasi calcola imponendo una condizione di equilibrio del pannello

Verifica del pannello nodale

H egrave lrsquoaltezza drsquointerpiano hb e tfb sono rispettivamente lrsquoaltezza e lo spessore delle flangie della trave

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 19: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Resistenza a taglio dei pannelli nodali nel caso in cui siano assenti gli irrigidimenti dellrsquoanima della colonna

minus Avc egrave lrsquoarea resistente a taglio della colonna per colonne realizzate con profili laminati a caldo egrave data da Avc = Ac -2bfctfc+(twc+2rc)tfc

minus Ac egrave lrsquoarea della colonna minus bfc tfc twc sono larghezza e spessore della flangia e spessore dellrsquoanima della colonna minus rc egrave il raggio del raccordo flangia-anima della colonnaminus σ egrave la tensione normale media nel pannello nodale

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputConditionIdentifier () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName () PDFXTrapped False Description ltlt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe5b9a521b5efa7684002000500044004600206587686353ef901a8fc7684c976262535370673a548c002000700072006f006f00660065007200208fdb884c9ad88d2891cf62535370300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c676562535f00521b5efa768400200050004400460020658768633002gt CHT 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ltFEFF004b00e40079007400e40020006e00e40069007400e4002000610073006500740075006b007300690061002c0020006b0075006e0020006c0075006f0074002000410064006f0062006500200050004400460020002d0064006f006b0075006d0065006e007400740065006a00610020006c0061006100640075006b006100730074006100200074007900f6007000f60079007400e400740075006c006f0073007400750073007400610020006a00610020007600650064006f007300740075007300740061002000760061007200740065006e002e00200020004c0075006f0064007500740020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740069007400200076006f0069006400610061006e0020006100760061007400610020004100630072006f0062006100740069006c006c00610020006a0061002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030003a006c006c00610020006a006100200075007500640065006d006d0069006c006c0061002egt SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 20: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

7 Gerarchia delle resistenze

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Meccansimi di collasso

di piano globale

COLLEGAMENTO TRAVE-COLONNA

Verifica del pannello nodale

bplRd b fbwpRd

b fb b1

M h tVh t H h

⎛ ⎞minusge minus⎜ ⎟minus minus⎝ ⎠

sum

2

wpRd 13

σ⎛ ⎞= sdot sdot minus ⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

yvc

y

fV A

f

Incremento di resistenza a taglio derivante dalla flessione delle flangie della colonna in presenza di irrigidimenti del pannello drsquoanima nodale realizzati mediante piatti di continuitagrave delle flangie della trave

2fc fc

wpRd yb f

b tV fh t

Δsdot

= sdotminus

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 21: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

MATERIALI (requisiti di validitagrave generale)

Nelle zone dissipative si devono rispettare le seguenti prescrizioni addizionali

rapporto tra tensione di rottura ft e tensione di snervamento fy

Lo scopo egrave di conferire elevata duttilitagrave alle membrature poicheacute la duttilitagrave del materiale consente

minus ridistribuzione delle tensioni allrsquointerno della sezione e quindi delle membrature strutturaliminus ampie deformazioni in campo plastico prima di giungere alla condizione di rottura

t

y120ge

ff

t 20ε ge

I normali acciai da carpenteria (S235 S275 S355) rispondono largamente a queste richieste

lrsquoallungamento a rottura εt misurato su provino standard

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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FRA 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ITA 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 JPN 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 22: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

SISTEMI DI UNIONE (requisiti di validitagrave generale)

Le saldature a completa penetrazione devono essere di prima classe

I collegamenti bullonati devono essere realizzati con bulloni ad alta resistenza comunque serrati in maniera tale da raggiungere un precarico pari a quello prescritto per le giunzioni ad attrito

Nel caso di saldature a cordoni drsquoangolo e di collegamenti bullonati deve essere

jd ov plRdγge sdot sdotR s RRjd egrave la resistenza di progetto del collegamento

RplRd egrave la resistenza plastica di progetto della membratura collegata

per scongiurare la presenza di difetti delle saldature i quali possono facilitare lrsquoinnesco di cricche o comunque la crisi prematura del collegamento con una conseguente limitazione dellrsquoofferta di duttilitagrave locale delle sezioni trasversali delle membrature

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB ltFEFF005500740069006c0069007a006500200065007300730061007300200063006f006e00660069006700750072006100e700f50065007300200064006500200066006f0072006d00610020006100200063007200690061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000410064006f0062006500200050004400460020007000610072006100200069006d0070007200650073007300f5006500730020006400650020007100750061006c0069006400610064006500200065006d00200069006d00700072006500730073006f0072006100730020006400650073006b0074006f00700020006500200064006900730070006f00730069007400690076006f0073002000640065002000700072006f00760061002e0020004f007300200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000630072006900610064006f007300200070006f00640065006d0020007300650072002000610062006500720074006f007300200063006f006d0020006f0020004100630072006f006200610074002000650020006f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030002000650020007600650072007300f50065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002egt SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 23: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

8 Requisiti specifici per le zone dissipative

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

PROGETTAZIONE DUTTILE DELLE ZONE DISSIPATIVE

Al fine di sfruttare a pieno la duttilitagrave delle membrature occorre assicurare che

- siano di classe duttile

- la resistenza flessionale plastica nonchegrave la capacitagraverotazionale non siano ridotte per la presenza del taglio e dello sforzo normale

In corrispondenza delle zone in cui si prevede si formino le cerniere plastiche le sollecitazioni di progetto di taglio e di sforzo normale devono essere opportunamente limitate

GSd MSd plRd050V V V+ le

Sd plRd015N Nle sdot

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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ltFEFF0041006e007600e4006e00640020006400650020006800e4007200200069006e0073007400e4006c006c006e0069006e006700610072006e00610020006f006d002000640075002000760069006c006c00200073006b006100700061002000410064006f006200650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006600f600720020006b00760061006c00690074006500740073007500740073006b0072006900660074006500720020007000e5002000760061006e006c00690067006100200073006b0072006900760061007200650020006f006300680020006600f600720020006b006f007200720065006b007400750072002e002000200053006b006100700061006400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006b0061006e002000f600700070006e00610073002000690020004100630072006f0062006100740020006f00630068002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00630068002000730065006e006100720065002egt ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 24: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Per trasmettere le azioni orizzontali dallrsquoimpalcato ai controventi verticali si utilizzano connettori trave-solaio

Essi devono essere dimensionati per le azioni corrispondenti a 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

I connettori si dispongono in corrispondenza degli allineamenti di travi delle maglie controventate

Nellrsquoipotesi di connessione duttile la forza totale di progetto per i connettori di una trave di un campo controventato (FSd) si ottiene dividendo la massima forza di piano per il numero (nc) di campi controventati nella direzione considerata

maxSd

c

13=

FFn

Considerazioni di validitagrave generaleConnettori M1650

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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 FRA 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 ITA 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 JPN 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 25: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

9 Collegamento trave-solaio

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STRUTTURE A TELAIO Aspetti normativi

Considerazioni di validitagrave generale

Immaginando di utilizzare pioli tipo Nelson la resistenza del singolo connettore valutata con le regole dellrsquoEurocodice 4 egrave data dal valore piugrave piccolo tra la resistenza del calcestruzzo e quella a taglio del piolo

2u

RdVv

08 ( 4)πγ

=f dP Resistenza del connettore

2ck cm

Rdclsv

029αγ

=d f E

P Resistenza del calcestruzzo

fu = 360Nmm2 egrave la resistenza ultima a trazione del piolod egrave il diametro del pioloγv =125 egrave il coefficiente di sicurezzafck = 20Nmm2 egrave la resistenza cilindrica caratteristica del clsEcm egrave il valore medio del modulo secante del clsα =1 per hdgt4h egrave lrsquoaltezza del piolo

il numero minimo dei connettori da disporre egrave dato da

Sd

Rd=

FnP

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Normativa di riferimento

Materiali utilizzati

Analisi dei carichi Azioni verticaliAzione sismicaCombinazione dei carichi non sismica Combinazione dei carichi sismica

Regolaritagrave strutturale

Analisi strutturale

Verifiche di sicurezza Effetti del II ordineSolaio e Controventi di pianoTraviColonneCollegamenti

Verifica allo stato limite di danno

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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FRA 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Page 27: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull6 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m) bullDoppia orditura di travi (IPE330 550 600)bullColonne a sezione costante in altezza (2HEB550)bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborantebullControventi di piano bullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquo

Telaio spazialestruttura resistente sia ai carichi verticali sia al sisma orizzontale

Colonne a croce austriacastessa inerzia nelle due direzioni principali del piano di sezione

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 28: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo NORMATIVA DI RIFERIMENTO

Ordinanza n3274 del 20032003Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica

Ordinanza n3431 del 03052005Ulteriori modifiche ed integrazioni allrsquoOrdinanza n3274

EN 1991-1-1 2002 Eurocode 1Actions on structures - Part 1-1 General actions -Densities self-weight imposed loads for buildings

EN 1992-1-1 2003 Eurocode 2Design of concrete structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1993-1-1 2003 Eurocode 3Design of steel structures - Part 1-1 General rules and rules for buildings

EN 1994-1-1 2004 Eurocode 4Design of composite steel and concrete structures - Part 11 General rules and rules for buildings

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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FRA 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 29: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo MATERIALI UTILIZZATI

Classe fy ft fck γm E (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2) (Nmm2)

S235 235 360 S275 275 430 Acciaio da

carpenteria S355 355 510

γm0 =105 γm1 =11 γm2 =120

210000

56 300 500 Bulloni 109 900 1000 135 γmw = 135 (cordoni drsquoangolo)

Saldature materiale base

γmw = 120 (II classe)

Calcestruzzo C2025 20 16 29100 Barre drsquoarmatura FeB44k 430 540 115 210000

ge

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputConditionIdentifier () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName () PDFXTrapped False Description ltlt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe5b9a521b5efa7684002000500044004600206587686353ef901a8fc7684c976262535370673a548c002000700072006f006f00660065007200208fdb884c9ad88d2891cf62535370300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c676562535f00521b5efa768400200050004400460020658768633002gt CHT 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 30: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

ANALISI DEI CARICHI Azioni verticali

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Carichi permanenti Gk (kNm2)

Carichi variabili Qk (kNm2)

Solaio tipo 400 20 20 (copertura praticabile) Solaio di copertura 400 060 (neve)

Scale 035 40 Tamponature 150

bullSolaio in lamiera grecata con soletta di cls collaborante bullLamiera grecata tipo A55P600bullSoletta di cls di completamento di spessore 65mm

Solaio

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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 FRA 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ITA ltFEFF005500740069006c0069007a007a006100720065002000710075006500730074006500200069006d0070006f007300740061007a0069006f006e00690020007000650072002000630072006500610072006500200064006f00630075006d0065006e00740069002000410064006f006200650020005000440046002000700065007200200075006e00610020007300740061006d007000610020006400690020007100750061006c0069007400e00020007300750020007300740061006d00700061006e0074006900200065002000700072006f006f0066006500720020006400650073006b0074006f0070002e0020004900200064006f00630075006d0065006e007400690020005000440046002000630072006500610074006900200070006f00730073006f006e006f0020006500730073006500720065002000610070006500720074006900200063006f006e0020004100630072006f00620061007400200065002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000200065002000760065007200730069006f006e006900200073007500630063006500730073006900760065002egt JPN ltFEFF9ad854c18cea51fa529b7528002000410064006f0062006500200050004400460020658766f8306e4f5c6210306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e3059300230c730b930af30c830c330d730d730ea30f330bf3067306e53705237307e305f306f30d730eb30fc30d57528306b9069305730663044307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103055308c305f0020005000440046002030d530a130a430eb306f3001004100630072006f0062006100740020304a30883073002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d3067958b304f30533068304c3067304d307e30593002gt KOR ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 PTB 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 31: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

q = 52

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 1 ag = 035g suolo tipo B S=125 TB=015s TC=05s TD=2s

0 D Rq q k k=q0= 65 struttura ad alta duttilitagrave piugrave piani e piugrave campatekD = 1 membrature di classe duttile

kR = 08 struttura irregolare

Profili fλ wλ L bf s Categoria (mm) (mm) IPE 550 0204 0777 3500 210 131 IPE 600 0194 0783 3500 220 132 Duttile HEB 550 0173 0549 4000 300 134

0

02

04

06

08

1

12

0 05 1 15 2 25

T(sec)

aggSpettro elasticoSpettro di progetto allo SLUSpettro di progetto allo SLD

Impalcato Peso proprio Carichi Peso sismico Massa Solaio

(kN) Struttura (kN)

Scale (kN)

Tamponature (kN)

variabili (kN) (kN) (kNm2)

sismica (kN s2m)

6 273600 65201 2622 28875 53443 423741 597 43212 5 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 4 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 3 273600 86096 5244 57750 28910 451601 636 46054 2 273600 90880 5244 57750 28910 456385 643 46541 1 273600 93865 5244 61875 28910 463495 653 47266

Pesi sismici e masse di piano

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 32: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi non sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

( )12

i n

d K K oi iki

F G Q Qψ=

=

= + + sdotsum

( )12

i n

d g K q K oi iKi

F G Q Qγ γ ψ=

=

⎡ ⎤= sdot + sdot + sdot⎢ ⎥⎣ ⎦

sumSLU

Q1K - valore caratteristico dellrsquoazione variabile di base

QiK - valore caratteristico dellrsquoiesima azione variabile

γg = 135 - coefficiente di combinazione di GK

γq = 15 - coefficiente di combinazione dei carichi variabili pari a 15

ψoi = 07 (per i carichi variabili di esercizio sui fabbricati adibiti ad ufficio) - coefficienti di combinazione delle azioni

Combinazione rara

Azioni variabili

SLD

bullSovraccaricobullNeve

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 33: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

ANALISI DEI CARICHI Combinazione dei carichi sismica

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

E ndash azione sismica per lo stato limite in esame

γI = 10 - coefficiente di importanza (per edifici ordinari)

= 020 (per tetti e coperture con neve) ψ2i = 030 (per sovraccarichi variabili)

coefficiente di combinazione fornisce il valore quasi permanente dellrsquoazione variabile

( )2= sdot + + + sdotsumd l K K i KiiF E G P Qγ ψ

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ITA ltFEFF005500740069006c0069007a007a006100720065002000710075006500730074006500200069006d0070006f007300740061007a0069006f006e00690020007000650072002000630072006500610072006500200064006f00630075006d0065006e00740069002000410064006f006200650020005000440046002000700065007200200075006e00610020007300740061006d007000610020006400690020007100750061006c0069007400e00020007300750020007300740061006d00700061006e0074006900200065002000700072006f006f0066006500720020006400650073006b0074006f0070002e0020004900200064006f00630075006d0065006e007400690020005000440046002000630072006500610074006900200070006f00730073006f006e006f0020006500730073006500720065002000610070006500720074006900200063006f006e0020004100630072006f00620061007400200065002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000200065002000760065007200730069006f006e006900200073007500630063006500730073006900760065002egt JPN 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 34: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo REGOLARITAgrave STRUTTURALE

Analisi strutturale preliminare statica equivalenteForze statiche equivalenti 3 4 3 4

1 1 0085 215 0849sec= = times =T C HPer edifici con struttura a telaio di acciaio C1 = 0085

Controllo sulla regolaritagrave

T1 in genere inferiori a quelli ottenibili con lrsquoanalisi modale

Variazione di rigidezza -1

-1

100i i

i

k kkminus

times

Piano Variazione di massa -1

-1

100i i

i

M MMminus

times

Telai in direzione X Telai in direzione Y 5-6 -617 27 -116 4-5 00 28 -36 3-4 00 -223 -58 2-3 -10 179 73 1-2 -15 120 395

bullvariazione della altezza di interpiano da 400m a 350m bullpresenza di un vincolo cerniera alla base

=ΔVk

Verifica non soddisfatta Analisi sismica dinamica con spettro di risposta

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

h d 1 d 1( ) ( )F MS T W S T gλ λ= =

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP ltFEFF005500740069006c0069006300650020006500730074006100200063006f006e0066006900670075007200610063006900f3006e0020007000610072006100200063007200650061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000640065002000410064006f0062006500200050004400460020007000610072006100200063006f006e00730065006700750069007200200069006d0070007200650073006900f3006e002000640065002000630061006c006900640061006400200065006e00200069006d0070007200650073006f0072006100730020006400650020006500730063007200690074006f00720069006f00200079002000680065007200720061006d00690065006e00740061007300200064006500200063006f00720072006500630063006900f3006e002e002000530065002000700075006500640065006e00200061006200720069007200200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000630072006500610064006f007300200063006f006e0020004100630072006f006200610074002c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000200079002000760065007200730069006f006e0065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002egt FRA 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ITA 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 JPN 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 SVE 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Page 35: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo ANALISI STRUTTURALE

Collegamenti trave-colonna schematizzati come nodi rigidiCollegamento colonna-fondazione concepito e modellato come vincolo cerniera Analisi dinamica con spettro di rispostabulldeterminazione dei periodi e dei modi di vibrazione elastici della strutturabullcalcolo delle sollecitazioni assegnando lo spettro di progetto del terremoto con riferimento alle due direzioni principali lungo le quali si considera agente il sisma

Combinazione dei modi per il calcolo di sollecitazioni e spostamenti totali per il sisma agente in una direzioneE = (ΣiΣj rij Ei Ej)12Combinazione degli effetti delle componenti dellrsquoazione sismica agenti contemporaneamente nelle due direzioni del piano (X+30Y) e (Y+30X)

GGrsquo

eax=155meay=12m

Effetti torsionali accidentali si considera unrsquoeccentricitagrave accidentale (eai) del centro di massa di ogni piano

1deg Modo T1 = 1039s

2deg Modo T1 = 1072s

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN ltFEFF004200720075006700200069006e0064007300740069006c006c0069006e006700650072006e0065002000740069006c0020006100740020006f007000720065007400740065002000410064006f006200650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e007400650072002000740069006c0020006b00760061006c00690074006500740073007500640073006b007200690076006e0069006e006700200065006c006c006500720020006b006f007200720065006b007400750072006c00e60073006e0069006e0067002e0020004400650020006f007000720065007400740065006400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e0074006500720020006b0061006e002000e50062006e00650073002000690020004100630072006f00620061007400200065006c006c006500720020004100630072006f006200610074002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00670020006e0079006500720065002egt DEU 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 ESP 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 FRA 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ITA 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 JPN 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 36: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Effetti del II ordine

01ϑ sdot= lt

sdotrP d

V h

P egrave il carico verticale totale di tutti i piani superiori al piano in esamedr egrave lo spostamento medio drsquointerpianoV egrave la forza orizzontale totale al piano in esameh egrave lrsquoaltezza del piano

01 le θ le 02 gli effetti del secondo ordine possono essere presi in conto incrementando gli effetti dellrsquoazione sismica orizzontale di un fattore pari a 1(1minusθ)Comunque deve essere θ le 03

Direzione dru

(m) dr

(m) P (kN)

Pdr

(kNm)V (kN)

Vh (kNm)

ϑ

X 00093 004836 26984 1305 3481 13924 00937 Y 000932 004846 26984 1308 3374 13496 00969

Massimi valori del coefficiente ϑ (primo piano)

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU ltFEFF00560065007200770065006e00640065006e0020005300690065002000640069006500730065002000450069006e007300740065006c006c0075006e00670065006e0020007a0075006d002000450072007300740065006c006c0065006e00200076006f006e002000410064006f006200650020005000440046002d0044006f006b0075006d0065006e00740065006e002c00200076006f006e002000640065006e0065006e002000530069006500200068006f00630068007700650072007400690067006500200044007200750063006b006500200061007500660020004400650073006b0074006f0070002d0044007200750063006b00650072006e00200075006e0064002000500072006f006f0066002d00470065007200e400740065006e002000650072007a0065007500670065006e0020006d00f60063006800740065006e002e002000450072007300740065006c006c007400650020005000440046002d0044006f006b0075006d0065006e007400650020006b00f6006e006e0065006e0020006d006900740020004100630072006f00620061007400200075006e0064002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f0064006500720020006800f600680065007200200067006500f600660066006e00650074002000770065007200640065006e002egt ESP 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 FRA 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ITA ltFEFF005500740069006c0069007a007a006100720065002000710075006500730074006500200069006d0070006f007300740061007a0069006f006e00690020007000650072002000630072006500610072006500200064006f00630075006d0065006e00740069002000410064006f006200650020005000440046002000700065007200200075006e00610020007300740061006d007000610020006400690020007100750061006c0069007400e00020007300750020007300740061006d00700061006e0074006900200065002000700072006f006f0066006500720020006400650073006b0074006f0070002e0020004900200064006f00630075006d0065006e007400690020005000440046002000630072006500610074006900200070006f00730073006f006e006f0020006500730073006500720065002000610070006500720074006900200063006f006e0020004100630072006f00620061007400200065002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000200065002000760065007200730069006f006e006900200073007500630063006500730073006900760065002egt JPN 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 SUO 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 SVE ltFEFF0041006e007600e4006e00640020006400650020006800e4007200200069006e0073007400e4006c006c006e0069006e006700610072006e00610020006f006d002000640075002000760069006c006c00200073006b006100700061002000410064006f006200650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006600f600720020006b00760061006c00690074006500740073007500740073006b0072006900660074006500720020007000e5002000760061006e006c00690067006100200073006b0072006900760061007200650020006f006300680020006600f600720020006b006f007200720065006b007400750072002e002000200053006b006100700061006400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006b0061006e002000f600700070006e00610073002000690020004100630072006f0062006100740020006f00630068002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00630068002000730065006e006100720065002egt ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 37: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Solaio

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE)

Verifiche in fase di getto resistenza a flessione resistenza a taglio deformabilitagrave

Verifiche a maturazione avvenuta

resistenza a flessione resistenza a taglio scorrimento

deformabilitagrave

VERIFICHE DI SICUREZZA Controventi di pianoessi devono essere dimensionati per una distribuzione di forze la cui risultante egrave 13Fmax essendo Fmax il massimo valore delle forze sismiche di progetto calcolate ai vari piani

Schema di calcolo dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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 FRA 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ITA 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 JPN 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 KOR ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 SUO ltFEFF004b00e40079007400e40020006e00e40069007400e4002000610073006500740075006b007300690061002c0020006b0075006e0020006c0075006f0074002000410064006f0062006500200050004400460020002d0064006f006b0075006d0065006e007400740065006a00610020006c0061006100640075006b006100730074006100200074007900f6007000f60079007400e400740075006c006f0073007400750073007400610020006a00610020007600650064006f007300740075007300740061002000760061007200740065006e002e00200020004c0075006f0064007500740020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740069007400200076006f0069006400610061006e0020006100760061007400610020004100630072006f0062006100740069006c006c00610020006a0061002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030003a006c006c00610020006a006100200075007500640065006d006d0069006c006c0061002egt SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 38: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

Stati Limite Ultimi (SLU) Stati Limite di Esercizio (SLE) flessione taglio Resistenza flessione e taglio

Stabilitagrave flesso-torsionale

deformabilitagrave

Trascurabili

I controventi orizzontali realizzano dei ritegni torsionali con conseguente riduzione della lunghezza libera di inflessione

VgSd (kN)

VESd (kN)

MgSd (kNm)

MESd (kNm)

VplRd (kN)

MplRd (kNm)

MplRdMSd

VplRdVSd

5398 13149 563 41451 108283 78781 164 262

Verifica di resistenza a flessione e a taglio (Trave perimetrale al 1deg piano)

Verifica di stabilitagrave flesso-torsionale

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ITA 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 JPN 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 39: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata

Coefficienti α per le travi del primo livello dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

Verifiche di resistenza a taglio Verifiche di stabilitagrave

GERARCHIA DELLE RESISTENZE

Piano 2 3 4 5 6 αi αj αi αj αi αj αi αj αi αj

Dire

zion

e

Alli

neam

ento

Tr

ave

1-2 480 506 580 608 785 826 1194 1251 2114 2320 2-3 468 473 556 560 448 753 1109 1115 2074 2089 X 3-4 428 428 508 508 692 692 1049 1049 2071 2071 4-5 468 474 555 561 746 755 1105 1119 2071 2092 5-6 481 505 582 606 789 822 1202 1242 2120 2314 1-7 442 420 512 490 660 631 993 96 1877 1711 Y 7-13 450 450 515 515 656 657 961 960 1789 1781 13-19 500 450 587 515 784 658 1097 957 2024 1781 19-25 490 420 583 489 751 629 1132 952 2110 1704

MbSdG

(kNm)

MbSdE

(kNm)

ov bplRd bSdG

bSdE

s M MM

γα

sdot sdot minus=

Direzione Trave i j i j i j 1-2 -4165 -4469 -35212 -32423 324 351 2-3 -3468 -3231 -33863 -33393 339 344 X 3-4 -2413 -2413 -37552 -37323 308 308

4-5 -3231 -3468 -33863 -33393 339 343 5-6 -4469 -4165 -35212 -32423 323 352

1-7 -6457 -563 -38041 -41451 294 272 Y 7-13 -6315 -6358 -35982 -35766 311 313 13-19 -6358 -6315 -38041 -41451 346 313 19-25 -563 -6457 -35982 -35766 325 270

Coefficienti α per le travi ai livelli superiori al primo dei telai perimetrali nelle direzioni X e Y

γov (S235) = 12 s (IPE600) = 125 MbplRd (IPE600) = 78781 kNm

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 40: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

Verifiche di resistenza a presso flessione deviata ySdxSdSd

plRd plxRd plyRd1+ + le

MMNN M M

MSdE (kNm)

NSd (kN)

Direzione α NSdG (kN)

NSdE (kN)

MSdG (kNm)

X Y

MSd (kNm)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica

X 308 29682 147 34752 21956 150743 105657 084 Y 270 5924 1753 35253 17903 40486 154254 126779 15494 113696 095

Verifica di una colonna di spigolo del telaio

Verifiche di resistenza a taglio

VcSd VplRd Direzione α VcSdG (kN)

VcSdE (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 308 368 8688 27149 021 Y 270 494 10122 27772 129358 021

Verifica di una colonna di spigolo dei telai

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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 SUO 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 SVE ltFEFF0041006e007600e4006e00640020006400650020006800e4007200200069006e0073007400e4006c006c006e0069006e006700610072006e00610020006f006d002000640075002000760069006c006c00200073006b006100700061002000410064006f006200650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006600f600720020006b00760061006c00690074006500740073007500740073006b0072006900660074006500720020007000e5002000760061006e006c00690067006100200073006b0072006900760061007200650020006f006300680020006600f600720020006b006f007200720065006b007400750072002e002000200053006b006100700061006400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006b0061006e002000f600700070006e00610073002000690020004100630072006f0062006100740020006f00630068002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00630068002000730065006e006100720065002egt ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 41: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica dellrsquoequilibrio nel nodo nel rispetto del criterio di gerarchia delle resistenze

in ogni nodo i equilibrio alla rotazione nella condizione di plasticizzazione delle travi convergenti nel nodo

nel caso di profili laminati di comune impiego a I o H

McRdRed

γovmiddotsimiddotMbplRd

ΣMcRdRed ge γov Σ si MbplRdi

1 11 1 Sd

cRdRed cRdplRd

NM M

N⎛ ⎞

= sdot minus⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

Colonna Croce austriaca 2HEB550

N

(kN)

NplRd

(kN)

McRd

(kNm)

Sd

plRd

NN

1- Sd

plRd

NN

McRdRed

(kNm) Superiore 892 00785 09215 1549 Inferiore 1142 11370 1549 01 09 1547

Trave MbplRd (kNm)

γovsMbplRd (kNm)

IPE600 788 1182

Verifica 1 31γ

=sdot sdot sdotsum cRdRed

ov bplRd

2

Ms M

Verifica nei nodi 2 5 26 29 (I piano)

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputConditionIdentifier () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName () PDFXTrapped False Description ltlt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe5b9a521b5efa7684002000500044004600206587686353ef901a8fc7684c976262535370673a548c002000700072006f006f00660065007200208fdb884c9ad88d2891cf62535370300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c676562535f00521b5efa768400200050004400460020658768633002gt CHT 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 42: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Verifica di stabilitagrave per lrsquoazione combinata di flessione e sforzo normale di compressione

y ySdx xSdSd

min y M1 plx y M1 ply y M11

χ γ γ γsdotsdot

+ + lek Mk MN

Af W f W f

kx le 15 ky le 15

χmin egrave il piugrave piccolo coefficiente di riduzione della resistenza plastica della sezione per tenere conto dellrsquoinstabilitagrave globale della membratura nel piano XZ e YZ (χx e χy)

λ1 λ α MSd (kNm)

NSd (kN)

MplRd (kNm)

NplRd (kN)

Verifica Direzione imin (mm)

L (m)

λ

X Y X 308 105657 21956 150743 15494 113696 089 Y 232 4 1724 939 018 270 17903 126779 154254 100

Verifica di stabilitagrave di una colonna di spigolo del telaio

χ =1 k =099

Lunghezza libera di inflessione delle colonne sempre minore o uguale allrsquoaltezza di interpiano

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputConditionIdentifier () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName () PDFXTrapped False Description ltlt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe5b9a521b5efa7684002000500044004600206587686353ef901a8fc7684c976262535370673a548c002000700072006f006f00660065007200208fdb884c9ad88d2891cf62535370300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c676562535f00521b5efa768400200050004400460020658768633002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 43: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Controventi di piano ndash traveTrave secondaria ndash trave principaleTrave ndash colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Controventi di piano ndash trave

piastra orizzontale

piatti verticali di irrigidimento

aste dei controventi di piano

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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FRA 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Page 44: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

Collegamento ad albero

In officina si saldano alla colonna tronchi di trave ad ogni interpiano predisponendo una giunzione bullonata trave-trave in opera del tipo a coprigiunti drsquoala e drsquoanima

La lunghezza (Lt) dei tronchi di trave egrave pari a circa il doppio dellrsquoaltezza (hb) della trave poicheacute la zona allrsquoestremitagrave delle travi in cui si concentrano le eventuali deformazioni plastiche in caso di sisma si estende ad una distanza dallrsquointerfaccia trave-colonna pari circa a hb

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

Lt

hb

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 45: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonnaIl collegamento saldato trave-colonna si realizza in officina con saldature a completa penetrazione di 1a classe Il collegamento bullonato trave-trave egrave progettato a completo ripristino di resistenza

Sollecitazioni di progetto del collegamento Ripartizione degli sforzi tra i bullonibullM ai bulloni drsquoala bullV e N ai bulloni drsquoanima

I coprigiunti drsquoala e drsquoanima si progettano concordemente a tale ripartizione lo spessore dei piatti si dimensiona imponendo condizioni di equivalenza di aree e di inerzia

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU ltFEFF00560065007200770065006e00640065006e0020005300690065002000640069006500730065002000450069006e007300740065006c006c0075006e00670065006e0020007a0075006d002000450072007300740065006c006c0065006e00200076006f006e002000410064006f006200650020005000440046002d0044006f006b0075006d0065006e00740065006e002c00200076006f006e002000640065006e0065006e002000530069006500200068006f00630068007700650072007400690067006500200044007200750063006b006500200061007500660020004400650073006b0074006f0070002d0044007200750063006b00650072006e00200075006e0064002000500072006f006f0066002d00470065007200e400740065006e002000650072007a0065007500670065006e0020006d00f60063006800740065006e002e002000450072007300740065006c006c007400650020005000440046002d0044006f006b0075006d0065006e007400650020006b00f6006e006e0065006e0020006d006900740020004100630072006f00620061007400200075006e0064002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f0064006500720020006800f600680065007200200067006500f600660066006e00650074002000770065007200640065006e002egt ESP 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FRA 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ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 46: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Trave ndash colonna

a2Lva1

a3

Area resistente per il meccanismo block shear dellrsquoanima della trave

Verifica di resistenza a taglio del pannello nodale di una colonna di spigolo ΔVwpRd VwpRdtot Direzione VwpSd

(kN) Avc (mm)2

σ (MPa)

VwpRd (kN) (kN) (kN)

Verifica

X 476467 486672 Y 141655 35401 2967 476285 10205 486490 029

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 47: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo

Colonna - Fondazione

Deve realizzare una condizione di vincolo cerniera

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

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STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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FRA 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ltFEFF9ad854c18cea51fa529b7528002000410064006f0062006500200050004400460020658766f8306e4f5c6210306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e3059300230c730b930af30c830c330d730d730ea30f330bf3067306e53705237307e305f306f30d730eb30fc30d57528306b9069305730663044307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103055308c305f0020005000440046002030d530a130a430eb306f3001004100630072006f0062006100740020304a30883073002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d3067958b304f30533068304c3067304d307e30593002gt KOR ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 SUO 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 SVE ltFEFF0041006e007600e4006e00640020006400650020006800e4007200200069006e0073007400e4006c006c006e0069006e006700610072006e00610020006f006d002000640075002000760069006c006c00200073006b006100700061002000410064006f006200650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006600f600720020006b00760061006c00690074006500740073007500740073006b0072006900660074006500720020007000e5002000760061006e006c00690067006100200073006b0072006900760061007200650020006f006300680020006600f600720020006b006f007200720065006b007400750072002e002000200053006b006100700061006400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006b0061006e002000f600700070006e00610073002000690020004100630072006f0062006100740020006f00630068002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00630068002000730065006e006100720065002egt ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 48: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A TELAIO Esempio di calcolo VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

Lo spostamento drsquointerpiano (dr) soddisfa il limite di drlt001h valido per edifici con tamponature collegate elasticamente alla struttura

215

m

839cm

max 00084=rd h

Deformata del telaio in direzione X

215

m

900cm

max 00091=rd h

Deformata del telaio nella direzioneY

Per le strutture resistenti a telaio il problema della limitazione del drift allo SLD diventa determinante ai fini del dimensionamento e quindi dellrsquoincidenza del peso strutturale dando luogo a situazioni sempre piugrave critiche al crescere del numero di piani

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 49: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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Descrizione della struttura oggetto di studio

Analisi dei carichi Azione sismica

Regolaritagrave strutturale

Modellazione strutturale

VERIFICHE DEL LINK

Verifiche di sicurezza Travi

Diagonali

Colonne

Collegamenti

Verifica allo stato limite di danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly 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ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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 ESP 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 FRA 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ITA ltFEFF005500740069006c0069007a007a006100720065002000710075006500730074006500200069006d0070006f007300740061007a0069006f006e00690020007000650072002000630072006500610072006500200064006f00630075006d0065006e00740069002000410064006f006200650020005000440046002000700065007200200075006e00610020007300740061006d007000610020006400690020007100750061006c0069007400e00020007300750020007300740061006d00700061006e0074006900200065002000700072006f006f0066006500720020006400650073006b0074006f0070002e0020004900200064006f00630075006d0065006e007400690020005000440046002000630072006500610074006900200070006f00730073006f006e006f0020006500730073006500720065002000610070006500720074006900200063006f006e0020004100630072006f00620061007400200065002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000200065002000760065007200730069006f006e006900200073007500630063006500730073006900760065002egt JPN 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 SUO 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Page 50: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA OGGETTO DI STUDIO

bullPianta rettangolare 31mtimes24m simmetrica bullDestinazione drsquouso per civile abitazione bull9 pianibullAltezza di interpiano 350m (Ideg interpiano 400m)bullDoppia orditura di travibullColonne a sezione variabile in altezzabullSolaio misto acciaio-clsbullCollegamento alla base di tipo cernierabullProgetto ad ldquoalta duttilitagraverdquobullDiagonale a profilo circolare cavo

Struttura a controventi concentrici con link corti in posizione centraleI controventi sono disposti in tutte le campate lungo il perimetro Lungo il perimetro due travi parallele ed accoppiate bullsu quelle interne egrave poggiato il solaio bullquelle esterne sono contenute nel piano dei controventi e contengono gli elementi dissipativi (link) Tale scelta consente la distinzione di funzioni tra la parte di struttura resistente ai carichi verticali e quella resistente alle azioni sismiche orizzontali

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputConditionIdentifier () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName () PDFXTrapped False Description ltlt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe5b9a521b5efa7684002000500044004600206587686353ef901a8fc7684c976262535370673a548c002000700072006f006f00660065007200208fdb884c9ad88d2891cf62535370300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c676562535f00521b5efa768400200050004400460020658768633002gt CHT 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged UntaggedRGBHandling LeaveUntagged UseDocumentBleed false gtgt ]gtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 51: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Zona sismica e spettro di progetto

Zona 2 ag = 025g suolo tipo D S=135 TB=020s TC=080s TD=2s q = 6

0 D Rq q k k=q0= 6 struttura ad alta duttilitagrave

kD = 1 link cortikR = 1 struttura regolare

Pesi sismici e masse di piano

0

02

04

06

08

1

0 05 1 15 2T(sec)

S ag

spettro elasticospettro di progetto allo SLUspettro di progetto allo SLD

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

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Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 DEU 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ITA 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 JPN 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 KOR ltFEFFc7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b370c2a4d06cd0d10020d504b9b0d1300020bc0f0020ad50c815ae30c5d0c11c0020ace0d488c9c8b85c0020c778c1c4d560002000410064006f0062006500200050004400460020bb38c11cb97c0020c791c131d569b2c8b2e4002e0020c774b807ac8c0020c791c131b41c00200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt NLD (Gebruik deze instellingen om Adobe PDF-documenten te maken voor kwaliteitsafdrukken op desktopprinters en proofers De gemaakte PDF-documenten kunnen worden geopend met Acrobat en Adobe Reader 50 en hoger) NOR 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 SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 52: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

ANALISI DEI CARICHI Azione sismica

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

Ripartizione delle forze sismiche tra i controventi

Forze sismiche statiche equivalenti di piano Fxi (TX=098s) (kN)

FYi (TY=103s) (kN)

zi (m)

Impalcato Pesi (Wi) (kN)

Wizi (kNm)

SLU SLD SLU SLD 3200 9 366455 11726575 64745 155389 62059 148941 2850 8 441930 12595011 69540 166897 65655 159971 2500 7 442756 11068904 61114 146674 58578 140588 2150 6 444921 9565792 52815 126756 50623 121496 1800 5 446616 8039094 44386 106526 42544 102106 1450 4 446616 6475937 35755 85813 34272 82252 1100 3 450834 4959185 27381 65714 26245 62987 750 2 450834 3381262 18669 44805 17894 42946 400 1 458711 1834843 10131 24314 9710 23305 Totale 3949676 69646603 384537 922888 368579 884591

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

La forza sismica totale di piano divisa per il numero di controventi piani reagenti nella direzione principale considerata viene amplificata con il fattore (δ ) prescritto dallrsquoOrdinanza per considerare le eccentricitagraveaccidentali tra il centro di massa e quello di rigidezza istantanea della struttura

x

15501 06 1303100

δ = + =

y12001 06 1302400

δ = + =

i ii h

j j

m zF Fm z

=sum

e

1 06 xL

δ = + sdot

Piano Fxi (kN) Fyi (kN) SLU SLD SLU SLD 9 42085 101003 40338 96811 8 45201 108483 43325 103981 7 39724 95338 38076 91382 6 34330 82392 32905 78973 5 28851 69242 27654 66369 4 23241 55778 22277 53464 3 17798 42714 17059 40942 2 12135 29123 11631 27915 1 6585 15804 6312 15148 Taglio alla base 249949 599877 239577 567594

Forze sismiche statiche equivalenti sui controventi

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false CropColorImages true ColorImageMinResolution 300 ColorImageMinResolutionPolicy OK DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageMinDownsampleDepth 1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false CropGrayImages true GrayImageMinResolution 300 GrayImageMinResolutionPolicy OK DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageMinDownsampleDepth 2 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false CropMonoImages true MonoImageMinResolution 1200 MonoImageMinResolutionPolicy OK DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false CheckCompliance [ None ] PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputConditionIdentifier () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName () PDFXTrapped False Description ltlt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe5b9a521b5efa7684002000500044004600206587686353ef901a8fc7684c976262535370673a548c002000700072006f006f00660065007200208fdb884c9ad88d2891cf62535370300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c676562535f00521b5efa768400200050004400460020658768633002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d7f6e5efa7acb7684002000410064006f006200650020005000440046002065874ef653ef5728684c9762537088686a5f548c002000700072006f006f00660065007200204e0a73725f979ad854c18cea7684521753706548679c300260a853ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e003000204ee553ca66f49ad87248672c4f86958b555f5df25efa7acb76840020005000440046002065874ef63002gt DAN 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 DEU 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ESP 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 50 and later) gtgt Namespace [ (Adobe) (Common) (10) ] OtherNamespaces [ ltlt AsReaderSpreads false CropImagesToFrames true ErrorControl WarnAndContinue FlattenerIgnoreSpreadOverrides false IncludeGuidesGrids false IncludeNonPrinting false IncludeSlug false Namespace [ (Adobe) (InDesign) (40) ] OmitPlacedBitmaps false OmitPlacedEPS false OmitPlacedPDF false SimulateOverprint Legacy gtgt ltlt AddBleedMarks false AddColorBars false AddCropMarks false AddPageInfo false AddRegMarks false ConvertColors NoConversion DestinationProfileName () DestinationProfileSelector NA Downsample16BitImages true FlattenerPreset ltlt PresetSelector MediumResolution gtgt FormElements false GenerateStructure true IncludeBookmarks false IncludeHyperlinks false IncludeInteractive false IncludeLayers false IncludeProfiles true MultimediaHandling UseObjectSettings Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (20) ] PDFXOutputIntentProfileSelector NA PreserveEditing true UntaggedCMYKHandling LeaveUntagged 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Page 53: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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REGOLARITAgrave STRUTTURALE

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

MODELLAZIONE STRUTTURALE

Collegamento trave-colonnaNel caso di controventi eccentrici con due diagonali e link disposto in posizione centrale non riveste un ruolo importante nella risposta sismica

Collegamento diagonale-linkPuograve essere concepito sia come rigido che come cerniera

Se si realizza un collegamento rigido si avragrave il vantaggio di ridurre le sollecitazioni flessionali della trave ovviamente al prezzo di un incremento di sollecitazioni nella diagonale noncheacute di maggiori oneri costruttivi

FSdi

FSd(i+1)

Link

Link

Ersquo conveniente realizzare collegamenti bullonati approssimando ilcomportamento a cerniera

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 SUO 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 SVE ltFEFF0041006e007600e4006e00640020006400650020006800e4007200200069006e0073007400e4006c006c006e0069006e006700610072006e00610020006f006d002000640075002000760069006c006c00200073006b006100700061002000410064006f006200650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006600f600720020006b00760061006c00690074006500740073007500740073006b0072006900660074006500720020007000e5002000760061006e006c00690067006100200073006b0072006900760061007200650020006f006300680020006600f600720020006b006f007200720065006b007400750072002e002000200053006b006100700061006400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006b0061006e002000f600700070006e00610073002000690020004100630072006f0062006100740020006f00630068002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00630068002000730065006e006100720065002egt ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 54: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Le sezioni trasversali dei link devono essere scelte nellrsquoambito dei profili a doppio T simmetrici percheacute egrave questo il campo di profili per i quali esiste la documentazione tecnica e scientifica che ha ispirato le regole dellrsquoOrdinanza

16 l Rd

l Rd

Me

Vle

lunghezza geometrica effettiva del link corrispondente alla porzione di trave libera a sezione costante tra i due fazzoletti di collegamento delle diagonali lRd y pl=M f W y

lRd f w( )3

= minusf

V h t tIl taglio resistente ai fini della classificazione dei link si calcola facendo riferimento alla sola area dellrsquoanima del profilo costituente il link

Nel caso in studio la lunghezza dei link egrave la stessa a tutti i piani e in tutte le campate e valee = 60cm Profilo Lunghezza limite (cm)

HEA 160 848 HEA 180 984 HEB 180 1034 HEB 200 1163 HEB 220 1285 HEB 240 1418

Verifica della lunghezza limite

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB 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 SUO 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 SVE ltFEFF0041006e007600e4006e00640020006400650020006800e4007200200069006e0073007400e4006c006c006e0069006e006700610072006e00610020006f006d002000640075002000760069006c006c00200073006b006100700061002000410064006f006200650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006600f600720020006b00760061006c00690074006500740073007500740073006b0072006900660074006500720020007000e5002000760061006e006c00690067006100200073006b0072006900760061007200650020006f006300680020006600f600720020006b006f007200720065006b007400750072002e002000200053006b006100700061006400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006b0061006e002000f600700070006e00610073002000690020004100630072006f0062006100740020006f00630068002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00630068002000730065006e006100720065002egt ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 55: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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VERIFICHE DEL LINK

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Verifica della resistenza a taglio e calcolo dei coefficienti α

Piano Campata VSd (kN)

VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 35800 37830 106 174 2 34641 37830 109 180 1 3 17361 27543 159 262 1 28643 37830 132 218 2 29598 37830 128 211 2 3 19751 27543 139 230

Direzione X

Direzione Y Piano Campata VSd

(kN) VRd (kN)

VRdVSd ov ui SdGii

SdEi

V VV

γα

minus=

1 40190 43529 108 179 1 2 39242 43529 111 183 1 32604 43529 134 220 2 2 35446 43529 123 203

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 180

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEA 160

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEA 180

HEA 160

HEA 160

1) 2) 3)

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

HEB 240

HEB 240

HEB 220

HEB 220

HEB 200

HEB 180

HEB 160

HEA 160

HEA 160

1) 2)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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 PTB 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 SUO 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 SVE ltFEFF0041006e007600e4006e00640020006400650020006800e4007200200069006e0073007400e4006c006c006e0069006e006700610072006e00610020006f006d002000640075002000760069006c006c00200073006b006100700061002000410064006f006200650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006600f600720020006b00760061006c00690074006500740073007500740073006b0072006900660074006500720020007000e5002000760061006e006c00690067006100200073006b0072006900760061007200650020006f006300680020006600f600720020006b006f007200720065006b007400750072002e002000200053006b006100700061006400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006b0061006e002000f600700070006e00610073002000690020004100630072006f0062006100740020006f00630068002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00630068002000730065006e006100720065002egt ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 56: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

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VERIFICHE DI SICUREZZA Travi

In virtugrave dellrsquoaccoppiamento di trave le parti di trave esterne ai link non richiedono verifiche supplementari per il soddisfacimento della gerarchia delle resistenze giacchegrave la sollecitazione flessionale massima si verifica nelle sezioni di estremitagrave del link la cui verifica egrave implicita nel controllo della lunghezza limite

Le travi che contengono il link sono state adeguatamente controventate contro lrsquoinstabilitagraveflesso-torsionale mediante due tralicci piani orizzontali che collegano le due flangie della generica trave di perimetro contenente il link alle flangie della trave gemella su cui egrave poggiato il solaio

Trave-link

Trave del solaio

Traliccio orizzontale

Connettori trave-solaio

I tralicci hanno una duplice funzione1) stabilizzare le travi-link contro lo svergolamento 2) trasmettere ai controventi le forze orizzontali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

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VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

160x10

140x10

140x10

160x10

180x10

180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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 PTB ltFEFF005500740069006c0069007a006500200065007300730061007300200063006f006e00660069006700750072006100e700f50065007300200064006500200066006f0072006d00610020006100200063007200690061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000410064006f0062006500200050004400460020007000610072006100200069006d0070007200650073007300f5006500730020006400650020007100750061006c0069006400610064006500200065006d00200069006d00700072006500730073006f0072006100730020006400650073006b0074006f00700020006500200064006900730070006f00730069007400690076006f0073002000640065002000700072006f00760061002e0020004f007300200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000630072006900610064006f007300200070006f00640065006d0020007300650072002000610062006500720074006f007300200063006f006d0020006f0020004100630072006f006200610074002000650020006f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030002000650020007600650072007300f50065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002egt SUO 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 57: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Diagonali

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

180x10

180x10

190x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

180x10

180x10

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200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

Diagonali I livello - direzione X

Diagonali I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

Tubo circolare 220x15 7048 075 082 177871 88100 202 Tubo circolare 220x15 S235 166 6640 071 084 182564 81824 223 Tubo circolare 180x10 7582 081 079 94598 39806 238

180x10

190x10

190x10

200x10

220x15

180x10

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140x10

140x10

160x10

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180x10

200x10

220x15

160x10

160x10

140x10

140x10

160x10

160x10

160x10

160x10

180x10

140x10

140x10

140x10

140x10

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd (NSdG + αNSdE) (kN)

bRd

Sd

NN

97353 188 Tubo circolare 220x15 S235 168 6640 071 084 182564 96296 190

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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Page 58: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Colonne

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Colonne dei controventi - I livello - direzione X

Colonne dei controventi - I livello - direzione Y

Verifica di stabilitagrave

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

HEB 160

HEB 260

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

HEB 160

HEB 260Croce austriaca 220B

HEB 240

HEB 260

HEB 260

HEB 240

HEB 180

HEB 180

HEB 160

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Croce austriaca 220B

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE (kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 462563 324544 143 HEB 260 S235 166 608 065 081 215322 153918 140 HEB 260 S235 608 065 081 215322 124323 173

Sezione Acciaio α λ λ χ NbRd

(kN)

NSd NSdG+αNSdE(kN)

bRd

Sd

NN

Croce Austriaca S355 671 088 068 426563 380039 122 HEB 260 S235 168 608 065 081 215322 172886 125 HEB 260 S355 608 065 081 215322 125479 172

NSdG = 0 grazie allrsquouso della doppia trave

(Gerarchia delle resistenze)

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VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

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VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

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ltFEFF005500740069006c0069007a006500200065007300730061007300200063006f006e00660069006700750072006100e700f50065007300200064006500200066006f0072006d00610020006100200063007200690061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000410064006f0062006500200050004400460020007000610072006100200069006d0070007200650073007300f5006500730020006400650020007100750061006c0069006400610064006500200065006d00200069006d00700072006500730073006f0072006100730020006400650073006b0074006f00700020006500200064006900730070006f00730069007400690076006f0073002000640065002000700072006f00760061002e0020004f007300200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000630072006900610064006f007300200070006f00640065006d0020007300650072002000610062006500720074006f007300200063006f006d0020006f0020004100630072006f006200610074002000650020006f002000410064006f00620065002000520065006100640065007200200035002e0030002000650020007600650072007300f50065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002egt SUO 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 SVE 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 ENU (Use these settings to create Adobe PDF documents for quality printing on desktop printers and proofers Created PDF documents can be opened with Acrobat and Adobe Reader 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Page 59: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Collegamenti

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Diagonali ndash linkDiagonale ndash trave - colonnaColonna ndash colonnaColonna ndash fondazione

Diagonali - link

Le parti collegate non sono zone dissipative cosicchegrave le sollecitazioni di progetto dei collegamenti saranno le stesse di quelle utilizzate per le verifiche delle membrature collegate anzicheacute le loro resistenze plastiche attese

220x10

HEB 220

SALDATURA ACORDONE DANGOLO

Collegamento diagonali ndash linksi progetta utilizzando le sollecitazioni adottate per la verifica delle diagonali

Irrigidimenti del linkgarantiscono una risposta ciclica inelastica stabile consentendo la plasticizzazione per taglio e massimizzando cosigrave la capacitagrave di dissipazione dellrsquoenergia

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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Page 60: PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO: ESEMPI … · 1. Peculiarità 2. Il sistema strutturale antisismico 3. Elementi che compongono il sistema sismoresistente 4. Classi di duttilità

CORSO DI AGGIORNAMENTO PROFESSIONALE La progettazione strutturale in zona sismica Il nuovo quadro normativoModulo 8 ndash 22032007 ore 1530 ndash 1930 PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN ACCIAIO ESEMPI DI CALCOLO Dott Ing Beatrice Faggiano - UNIVERSITArsquo DEGLI STUDI DI NAPOLI ldquoFederico IIrdquo

VERIFICHE DI SICUREZZA Stato Limite di Danno

STRUTTURE A CONTROVENTI ECCENTRICI Esempio di calcolo

Deformata del telaio in direzione X Deformata del telaio nella direzioneY

129c

320

0m

137c

La verifica dello SLD egrave soddisfatta se si utilizzano tamponature deformabili ovvero collegate alla struttura in modo da non interferire con essa per le quali si ha drlim = 001h

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true DetectCurves 00000 ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedOpenType false ParseICCProfilesInComments true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveDICMYKValues true PreserveEPSInfo true PreserveFlatness true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false 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