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STADIO FERDEGHINI – SPEZIA CALCIO
Ing. Luca ROMANO – I QUADRO INGEGNERIA - GENOVA
Ing. Luca ROMANO – I QUADRO INGEGNERIA - GENOVA
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INTRODUZIONE
Squadra del progetto integrato: architetto + ingegnere strutturista + impiantista + geologo + ….
- A volte il coinvolgimento degli ingegneri nella progettazione avviene tardivamente, non nelle prime fasi ed il risultato finale ne
risente, nel senso che si adatta un progetto, già in corsa, ad esigenze strutturali ed impiantistiche non correttamente valutate
come “condizioni al contorno” dell’opera.
- Attualmente, nei progetti complessi, si è registrato un cambiamento del ruolo dell’ingegnere ed una sua diversa integrazione nel
processo progettuale
- Dall’architetto spesso ci si aspettano soluzioni raffinate, spesso eccessive, forzando una soluzione strutturalmente illogica solo
per la volontà di stupire o scimmiottare altri progettisti: ciò che si può definire un’architettura “urlata”.
- In questo contesto l’ingegnere deve affiancare l’architetto dai primi schizzi, con un predimensionamento strutturale che sarà
immediatamente seguito dai primi modelli di calcolo
- Per questo è sempre più presente e necessaria un’osmosi tra architettura ed ingegneria
- Solo in questo modo si può pensare di arrivare ad una progettazione di successo:
funzionale
economica
estetica
strutturalmente, energeticamente e gestionalmente sostenibile
- “Nel progetto architettonico occorre avere una perfetta coscienza della necessità di un’unità inscindibile di estetica e tecnica, di
forma e struttura” (ing. Silvano Zorzi)
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Maestri dell’ingegneria creativa
- Eiffel “Il primo principio dell’estetica architettonica comanda che le linee essenziali di un’opera siano determinate dalla completa
aderenza alla funzione, dove per funzione si intende quella statica”
- Nervi “Il progettare consiste nello scoprire ed adottare forme e volumi aderenti alle immutabili leggi naturali, che sono poi quelle
della fisica e del calcolo matematico”. “Per inventare una struttura e darle delle proporzioni esatte, bisogna seguire sia la strada
dell’intuito che quella della matematica”
- Torroja “Il mio scopo finale è sempre stato l’aspetto funzionale, strutturale ed estetico del progetto, per arrivare ad un tutt’uno
tra essere ed apparire”
- Mies Van der Rohe “Spesso il segreto del successo di un progetto sta nella semplicità ed essenzialità dello stesso: bisogna
ridurlo ai minimi termini, fino a che non si può eliminare nient’altro: il meno è il più”
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DESCRIZIONE STRUTTURA
-problema fondamentale la tempistica: 8 mesi per terminare le strutture, quindi si è scelto di lavorare su diversi fronti:
-in cantiere si eseguivano scavi, fondazioni e strutture interrate
-in officina si prefabbricavano pilastri multipiano, travi semi-prefabbricate e gradoni della tribuna
-il carpentiere metallico approvvigionava il materiale, realizzava i conci metallici delle strutture della tribuna e delle
coperture, da trasportare e montare in loco
CANTIERE
PREFABBRICATORE
CARPENTIERE METALLICO
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La copertura delle tribune ha una tale valenza strutturale che deve trasparire dalla sua estetica, se ne deve comprendere il
funzionamento, il flusso delle forze.
In questo caso il comportamento dinamico ha una grande importanza, vuoi per la stabilità della copertura (controventi ed inclinazione
delle colonne dei mensoloni), vuoi per le vibrazioni al vento della copertura stessa
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COMPORTAMENTO DINAMICO
Il vento è l’azione più insidiosa per questo tipo di coperture
casi di carico dovuto all’azione del vento - CNR 207/2008 istruzioni per le valutazioni del vento sulle costruzioni
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COMPORTAMENTO DINAMICO
L’analisi dinamica permette di controllare la suscettibilità della struttura alle azioni del vento ed il suo corretto controventamento
Modo 1: frequenza 0.88 Hz Modo 6: frequenza 2.37 Hz
spostamento longitudinale della copertura 1° modo flessionale verticale dei mensoloni
(poco sensibile agli effetti dinamici del vento)
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DETTAGLI: NODI
Naturalmente l’ottimizzazione della dimensione degli elementi, con la loro rastremazione, “togliendo materia” laddove non serve, e
minimizzando e razionalizzando i dettagli e nodi, aiuta ad ottenere un risultato esteticamente valido, senza aggravio di costi.
Nodo treppiede-telaio Analisi di dettaglio FEM
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DETTAGLI: FLANGE, GIUNTI E FINITURE
Cura delle piastre e dei giunti flangiati Risultato finale con inserimento pluviali e parapetto
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COPERTURA “ORIGAMI” DELL’EDIFICIO
La copertura a falde inclinate, al di là della semplicità esterna, ha richiesto una complicazione di travi ad asse spezzato e sdoppiate
per gestire pendenze, impluvi ed acqua
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NUOVO CONTESTO NORMATIVO
Viviamo in un’epoca molto normata:
DPR 380/2001 Testo Unico delle disposizioni legislative e regolamenti in materia edilizia”.
NTC 2008 “Norme tecniche per le costruzioni e Circolare applicativa”
DL 163/2006 Codice dei contratti pubblici (appalti)
DPR 207/2010 Regolamento appalti
DL 81/2008 Testo Unico per la sicurezza
EUROCODICI
NORME IMPIANTISTICHE
PROGETTO INTEGRATO
Nei progetti complessi l’architetto è affiancato fin dalle prime fasi ed è guidato nell’evoluzione delle sue idee:
- Geologo e geotecnico: per guidarlo nelle scelte su come gestire le parti interrate e razionalizzare le fondazioni
- Strutturisti: dimensionamenti e problematiche nella ingegnerizzazione dell’espressione architettonica
- Impiantisti: dimensionamento impianti, locali accessori, pacchetti tecnici, involucro, ecc
- Specialisti vari: rumore, acustica, illuminazione, ecc
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INGEGNERE vs ARCHITETTO
Una particolare relazione si instaura tra strutturista ed architetto:
-L’architettura moderna spesso è declinata sulla struttura
-passaggio obbligato dall’ideazione ai dimensionamenti di quanto strutturalmente serve “per reggere” l’architettura
- relazione tra architetto ed ingegnere: dai primi schizzi ai modelli di calcolo
-ciò porta necessariamente ad un’osmosi tra ingegneria ed architettura
Avendo a disposizione strumenti di progettazione, realizzazione e calcolo sofisticati, ormai si richiedono e ci si aspettano dagli
architetti soluzioni sempre più raffinate, complicate, a volte eccessivamente snelle ed anche contrarie alla statica:
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INGEGNERE vs ARCHITETTO
Spesso si parla di ingegneria creativa, in effetti il ruolo dell’ingegnere è cambiato notevolmente negli ultimi anni:
-una volta era quasi chiamato in fase finale, a progetto approvato, per posizionare le strutture verticali, e calcolare la struttura
-ora è integrato fin dall’inizio nel processo progettuale, fondamentale per decidere le strategie del progetto, la scelta tipologica di
struttura, dell’involucro, della pelle
-l’ingegnere serve per dimensionare dalla ringhiera a norma alla baraccatura che regge una facciata:
-nella fase di “concept design” è fondamentale che la squadra progettuale sia al completo, per valutare la scelta più adeguata al
contesto, alla realizzazione, al costo, alla gestione ed esercizio
-fondamentale l’analisi dinamica e delle vibrazioni per strutture speciali, analisi eseguibile da “specialisti”
Si possono citare vari danni e problemi
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Esempio: MILLENIUM BRIDGE (Londra, 2000) (Norman Foster, Ove Arup Consultant) (London’s “bouncing” Millenium Bridge)
Passerella sospesa di 3 campate: Ltot = 320 m, la principale di 144 m
Eccessivo movimento laterale del ponte, vibrazioni fastidiose
Costo del ponte: 27 milioni di dollari
costo intervento smorzatori dinamici: 7,5 milioni di dollari !
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Esempio: STADIO DI NAPOLI (ITALIA ’90)
-costruzione del terzo anello per i mondiali di calcio
-“effetto Maradona” con vibrazioni fastidiose
-Forzante dinamica del pubblico che salta:
-il terzo anello è inagibile:
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CONCEPT DESIGN: l’ingegnere affianca l’architetto
ascoltare le esigenze della committenza
studio del sito: capire il contesto, le problematiche, i vincoli al contorno, la geologia
comprendere le esigenze funzionali
sviluppare un’espressione formale
gestire i costi di realizzazione
individuare il costo di gestione
Predimensionamento:
-esperienza, tabelle rapporti luce/altezza
-modelli di calcolo semplici “a mano”
Definizione dei Carichi in gioco
Calcolo:
- Elementi finiti con modelli bidimensionali → prime verifiche e correzione dimensionamento
- Elementi finiti con modelli tridimensionali → ulteriore correzione dimensionamento
- Elementi finiti analisi dinamica:
controllo modi di vibrare (bontà del modello, vincoli, connessioni, deformabilità, frequenze)
→ ulteriore correzione dimensionamento (se la struttura è troppo deformabile o ha “debolezze” su alcuni modi di vibrare.
- studio delle sezioni: ottimizzazione della forma / estetica
- ripetitività degli elementi: modularità
- ottimizzazione giunti e connessioni (dettaglio)
- verifiche di resistenza finali
- verifiche in esercizio (deformate, vibrazioni, tensioni, …)
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IMPOSTAZIONE PROGETTO
Concezione:
- Fondazioni:
-dirette - profonde
-avere sempre sondaggi, prove laboratorio, SPT, livello falda, ecc.
Dimensioni della struttura, quindi:
-Come costruirla – montarla
-Fabbricabilità in cantiere ed in officina in funzione del cantiere che si può installare
Divisione della struttura in conci:
-concezione del concio e sua fabbricabilità in funzione del materiale di base
-dimensioni trasportabili
-tipi di giunto per collegarli
-collegamento alle sottostrutture realizzate in cantiere
-pesi dei conci per il relativo montaggio e tipo di montaggio (funzione delle autogrù o mezzi che si possono usare)
Protezione finale della struttura (verniciatura)
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DIMENSIONE CONCI E TRASPORTO
La dimensione dei conci è dettata dalla trasportabilità e dai mezzi di montaggio in cantiere.
Trasporto: generalmente su gomma:
peso legale (codice strada): 44 ton
lunghezza:
fino a 25 metri trasporto ordinario
oltre 25 metri trasporto con scorta
L max 42 metri
Larghezza:
ordinaria fino a 2.5 metri
oltre i 3 metri: scorta
Altezza:
ordinaria fino a 2.5 metri
fino a 4 metri con super ribassato e studio percorso
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MONTAGGIO
Stoccaggio, scarico materiale
Zona di montaggio
movimentazione e sede autogru
eventuali opere provvisionali per stabilizzatori (magrone + piastre; platea; gabbioni; …)
esempio AUTOGRU
Macchina da 200 ton: costo 3000 euro/giorno
es. Portata: 30 ton sbracciate” a 20 m.
Macchina da 300 ton: costo 4000 euro/giorno
es. Portata: 32 ton sbracciate” a 30 m.
es. Portata: 22 ton sbracciate” a 40 m.
Macchina da 400 ton: costo 30.000 euro
Tempi: 2 giorni per armarla, 1 giorno per smontarla
Accessori: 2 bilici + 3 camions
Stabilizzatori: piastre nervate 2x3.5m
es. Portata: 76 ton sbracciate” a 23 m.
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GIUNTI TRA I CONCI
Strutture metalliche, tendenzialmente:
-giunti saldati in officina
-Giunti bullonati in cantiere
bullonati:
travi principali e di spina: di forza, con coprigiunti, con bulloni ad attrito
giunto flangiato: sempre ad attrito
traversi e controventi: spesso con bulloni a taglio, perché “portano” di più e dissipano energia
saldati:
-problematici in cantiere: vento, umidità, controlli, tempi lunghi
-piena penetrazione: per travate principali (controlli agli ultrasuoni US)
-a cordoni d’angolo per i giunti più semplici (controlli più semplici con magnaflux)
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PROGETTO ESECUTIVO STRUTTURALE
-Il progetto esecutivo costituisce l’ingegnerizzazione di tutte le lavorazioni
-definisce compiutamente ed in ogni particolare architettonico, strutturale ed impiantistico l’intervento da realizzare
DISEGNI ESECUTIVI:
- geometria della struttura, tutti gli spessori delle lamiere, profili, tubi, tutte le dimensioni delle saldature, i bulloni in numero, diametro e
posizione (tutto in mm)
-Devono essere precisati i materiali, le coppie di serraggio dei bulloni, e quant’altro serva per individuare con precisione la struttura
RELAZIONE DI CALCOLO:
Redatta secondo cap. 10 NTC 2008:
-relazione di calcolo strutturale e sui materiali
-relazione geologica, geotecnica e sismica
-giudizio motivato di accettabilità dei risultati (confronto con semplici calcoli, verifiche di equilibrio reazioni-carichi, ecc.)
-elaborati grafici e particolari
-piano di manutenzione
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LAVORAZIONI SULLA CARPENTERIA METALLICA:
preparazione: taglio, raddrizzatura, marcatura, tracciatura, punzonatura, alesatura, foratura, piegatura, mortasatura,
preparazione dei lembi
saldatura: imbastitura, saldatura, raddrizzatura
lavorazione: intestatura, tracciatura, foratura, alesatura, assemblaggio, chiodatura
finitura: raddrizzatura, squadratura
montaggio: collegamento di elementi strutturali, di nodi, di strutture complete
protezione: sfiammatura, sabbiatura, decapaggio chimico, verniciatura, metallizzazione, zincatura
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Esempio: CENTINATURA DEI PROFILATI E CALANDRATURA DI LAMIERE:
-eseguite a freddo con macchine curvatrici a rulli.
-Per calandratura si possono ottenere tubi da lamiere e coni, poi saldate longitudinalmente.
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SALDATURA
Consiste nell’unioni di due pezzi senza soluzione di continuità.
I procedimenti di saldatura sono numerosi, i principali sono:
Saldatura a pressione: eseguita con la pistola, è usata soprattutto per i prigionieri (pioli Nelson). E’ realizzata facendo
scoccare un arco elettrico tra la punta del prigioniero e la superficie dell’elemento metallico.
Saldatura per fusione:
all’arco elettrico: con elettrodi rivestiti (in officina e cantiere)
arco sommerso (in officina, con filo in bobine)
con filo elettrodo in gas protettivo (MIG/MAG)
a elettrodo in fusibile con protezione di gas inerte (TIG)
Gli ultimi due metodi sono costosi ma hanno una stabilità elevata dell’arco elettrico, quindi danno un’ottima saldatura; si usano in casi
speciali, specie con acciai inossidabili o al nichel-cromo.
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CONTROLLI SULLE SALDATURE
Si devono verificare: -la saldabilità dell’acciaio e l’idoneità dell’elettrodo
-le certificazioni dei saldatori
Si devono controllare: -le saldature eseguite, che non presenti difetti fisici
-Imporre i controlli sulle saldature che si sono previste in progetto, in funzione del tipo di saldatura e dell’importanza del giunto
-Il progettista impone il tipo e la percentuale dei controlli per ogni giunto ed inserisce la specifica nel capitolato speciale d’appalto
I controlli eseguibili sono:
visivo
coi liquidi penetranti
magnetico (magnaflux), generalmente prescritto per i cordoni d’angolo
radiografico (raro per le nostre strutture)
con gli ultrasuoni
Generalmente si impone un controllo visivo su tutti i cordoni d’angolo, più una percentuale con magnaflux che può andare dal 30% al
100%, per quelli che si ritengono più importanti per la sicurezza strutturale.
Per i giunti a completa penetrazione si impone il controllo ultrasonoro (US) per la totalità del giunto.
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MARCATURA CE DEI COMPONENTI METALLICI STRUTTURALI
Dopo il 01/07/2014 LA Marcatura CE degli elementi prodotti in acciaio è obbligatoria in accordo alla EN 1090-1
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CLASSE DI ESECUZIONE
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CLASSE DI ESECUZIONE
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CLASSE DI ESECUZIONE
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CLASSI DI ESECUZIONE:
Esempio classificazione struttura metallica in zona sismica, in acciaio S355, con medie conseguenze su perdite di vite umane:
specificare sulle tavole esecutive:
classe di esecuzione: EXC3 –EN 1090-2
Ciò significa:
-serie di procedure, controllo sui materiali, sugli assemblaggi e lavorazioni che il carpentiere metallico deve eseguire e
documentare insieme al prodotto
-maggiore è la classe di esecuzione, maggiori sono i controlli da eseguire ed i costi di produzione
-non tutti i carpentiere sono qualificati per tutte le classi di esecuzione
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PROTEZIONE DALLA CORROSIONE
Acciaio: normale e auto passivante (corten)
Il materiale base presenta ruggine e scaglie di laminazione (calamina): → preparazione
preparazione:
-meccanica (spazzolatura, raschiatura, molatura)
-Sfiammatura
-Decapaggio (acido cloridrico)
-Sabbiatura (grado Sa2-commerciale; grado Sa21/2 -metallo quasi bianco)
protezione:
-zincatura (per immersione-a caldo; a spruzzo-metallizzazione a freddo). È una barriera meccanica + chimica poiché lo zinco è +
elettronegativo.
-pitturazione:
primer (fondo): aderente e anticorrosivo
intermedio: pigmentato, dà spessore, barriera
finitura: isolamento ed estetica
NOTA: Superfici interne: problemi di condensa → perfettamente stagne oppure verniciarle ed aerarle oppure deumidificarle.
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PROTEZIONE DALLA CORROSIONE
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PROTEZIONE STRUTTURE ACCIAIO: classificazione aggressività
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PROTEZIONE STRUTTURE ACCIAIO: classi di corrosività
Esempio ponte Molassana - Genova:
ciclo di verniciatura:
ciclo C4 > 15 anni
steel preparation min livello 1
sabbiatura Sa 2 ½, rugosità 50-75 mm
primer epossidico ai fosfati di zinco 160 mm
finitura acrilico poliuretanica 80 mm
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PROTEZIONE STRUTTURE ACCIAIO: durabilità zincatura
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PROTEZIONE STRUTTURE ACCIAIO
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PROTEZIONE STRUTTURE ACCIAIO
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PROTEZIONE STRUTTURE ACCIAIO
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PROTEZIONE STRUTTURE ACCIAIO
Cicli di manutenzione da seguire per garantire la durata della struttura:
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DIMENSIONAMENTO STRUTTURE FERDEGHINI –SPEZIA CALCIO
-problema fondamentale la tempistica: 8 mesi per terminare le strutture, quindi si è scelto di lavorare su diversi fronti:
-in cantiere si eseguivano scavi, fondazioni e strutture interrate
-in officina si prefabbricavano pilastri multipiano, travi semi-prefabbricate e gradoni della tribuna
-il carpentiere metallico approvvigionava il materiale, realizzava i conci metallici delle strutture della tribuna e delle
coperture, da trasportare e montare in loco
CANTIERE
PREFABBRICATORE
CARPENTIERE METALLICO
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Fondazioni: platea generalizzata ed impermeabilizzata
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Solai e pilastri: struttura prefabbricata a giunti “umidi”
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Tribune: struttura metallica e gradoni prefabbricati
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Dettagli collegamento gradoni
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Copertura “origami” e dettagli connessioni
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Montaggio pensilina
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Finiture copertura
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Collaudo copertura
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Collaudo copertura
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Collaudo copertura: spostamenti teorici - sperimentali
Spostamenti verticali carico di collaudo:
- di calcolo: 81.6 mm
- sperimentale: 55 mm
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INAUGURAZIONE
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NOTE STRUTTURALI
Statica: modellazione tridimensionale completa agli Elementi Finiti
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NOTE STRUTTURALI
Statica: modellazione Elementi Finiti – sollecitazioni flettenti SLU max
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NOTE STRUTTURALI
Statica: inviluppo tensioni SLU max
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NOTE STRUTTURALI
Dinamica: modo 1
Modo 1: flessione longitudinale dei sostegni
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NOTE STRUTTURALI
Dinamica: modo 13
Modo 13: flessione verticale delle mensole
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NOTE STRUTTURALI
Statica: analisi dettaglio attacco colonne
Modello FEM - Vincoli e rigid link
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NOTE STRUTTURALI
Statica: analisi dettaglio attacco colonne
Tensioni combinate di Von Mises
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CONSIDERAZIONI FINALI
E’ fondamentale che nella gestione di cantieri complessi ogni figura professionale collabori con competenza nei rispettivi ruoli,
comprendendo le specificità e complessità del processo di costruzione.
Solo in questo modo si può sviluppare un “Concept Design” completo ed adeguato alle esigenza della committenza ed al contesto in
cui si trova l’opera.
Inoltre è auspicabile che gli appalti non vengano affidati con procedure di massimo ribasso ma con procedure di offerta
economicamente più vantaggiosa, in modo che la scelta dei progettisti e delle imprese appaltatrici possa ricadere su soggetti con
effettive competenze e che i ribassi non siano eccessivi e permettano una progettazione ed un’esecuzione con le corrette economie e
procedure.
Ing. Luca ROMANO – I QUADRO INGEGNERIA spa - GENOVA