Tofudi Com 2004.Maddaloni
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INDICE
INDICE...................................................................................................... i
CAPITOLO 1:
........................ 1
INTRODUZIONE ALLA PROGETTAZIONE
ANTISISMICA DI EDIFICI IN CEMENTO ARMATO
1.1 ....................................................................................... 1 PREMESSA
1.2 ACCELERAZIONI DI PROGETTO E CATEGORIE DI SUOLO DI
FONDAZIONE......................................................................................... 2
1.3 FATTORE DI STRUTTURA............................................................. 6
1.4 GERARCHIA DELLE RESISTENZE............................................. 16
1.4.1 Generalit ..................................................................................16
1.4.2 Materiali: acciaio.......................................................................18
1.4.3 Elementi inflessi: gerarchia flessione/taglio .............................19
1.4.4 Comportamento globale: gerarchia travi/pilastri ......................22
1.5 DUTTILITA .................................................................................... 24
1.5.1 Generalit ..................................................................................24
1.5.2 Materiali ....................................................................................25
1.5.3 Flessione nelle travi: armatura in trazione e compressione ......28
1.5.4 Flessione: armature trasversali..................................................32
1.5.5 Pilastri: armature longitudinali..................................................34
1.5.6 Pilastri: armature trasversali......................................................35
1.5.7 Nodi non interamente confinati.................................................36
1.6 VERIFICA DELLO STATO LIMITE DI DANNO......................... 38
-
Indice ii
CAPITOLO 2:
................. 40
PROGETTO DI UN EDIFICIO INTELAIATO IN
CEMENTO ARMATO IN CLASSE DI DUTTILITA A
2.1 ....................................................................... 40 INTRODUZIONE
2.2 INDIVIDUAZIONE DELLA ZONA SISMICA ............................. 40
2.3 ......................... 41 DEFINIZIONE DEL SISTEMA COSTRUTTIVO
2.4 ................................................ 42 NORMATIVA DI RIFERIMENTO
2.5 .................... 42 SCHEMA ARCHITETTONICO E STRUTTURALE
2.6 .......................................................................... 47 AZIONE SISMICA
2.6.1 Determinazione dello spettro di progetto per lo stato limite
ultimo (SLU) ......................................................................................49
2.6.2 Determinazione dello spettro di progetto per lo stato limite di
danno (SLD).......................................................................................51
2.7 ........................................................ 52 COMBINAZIONI DI CARICO
2.8
................................................................................................ 54
DIMENSIONI STRUTTURALI E CALCOLO DEI CARICHI
UNITARI
2.8.1 Solaio.........................................................................................56
2.8.2 Balcone......................................................................................58
2.8.3 Scala ..........................................................................................59
2.8.4 Tamponature .............................................................................60
2.8.5 Travi ..........................................................................................61
2.8.6 Pilastri .......................................................................................62
2.9
...................................................................................... 62
CALCOLO DEI PESI SISMICI (SLU) E VERIFICHE DI
REGOLARITA
2.9.1 Incidenza solaio.........................................................................63
-
Indice iii
2.9.2 Incidenza balcone......................................................................64
2.9.3 Incidenza scala ..........................................................................65
2.9.4 Incidenza tamponature ..............................................................65
2.9.5 Incidenza travi...........................................................................66
2.9.6 Incidenza pilastri .......................................................................67
2.9.7 Calcolo delle masse...................................................................69
2.9.8 Determinazione del baricentro degli impalcati .........................70
2.9.9 Verifica di regolarit in pianta ..................................................72
2.9.10 Verifica di regolarit in altezza...............................................72
2.10 CALCOLO DEI CARICHI AGENTI SULLE TRAVI.................. 76
2.11 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA .................................. 82
2.12 RISULTATI DELLANALISI DINAMICA MODALE (SLU) .... 84
2.13 VERIFICA DELLO STATO LIMITE ULTIMO........................... 93
2.13.1 TRAVE 1001-1002-1003-1004-1005: Verifica a flessione....94
2.13.2 TRAVE 1001-1002-1003-1004-1005: Verifica a taglio.......102
2.13.3 TRAVE 1048-1049-1050: Verifica a flessione ....................110
2.13.4 TRAVE 1048-1049-1050: Verifica a taglio .........................115
2.13.5 PILASTRATA 1068-2068-3068-4068: Verifica a presso
flessione e verifica della regolarit in altezza della resistenza ........121
2.13.6 PILASTRATA 1068-2068-3068-4068: Verifica a taglio .....138
2.13.7 NODO TRAVE-PILASTRO: Verifica di resistenza ............143
2.13.8 DIAFRAMMI ORIZZONTALI: Verifica di resistenza .......145
2.14 VERIFICA DELLO STATO LIMITE DI DANNO..................... 146
2.15 CALCOLO DEI PESI SISMICI (SLD)........................................ 148
-
Indice iv
2.15.1 Incidenza solaio.....................................................................148
2.15.2 Incidenza balcone..................................................................149
2.15.3 Incidenza scala ......................................................................150
2.15.4 Calcolo delle masse...............................................................152
2.16 CALCOLO DEGLI SPOSTAMENTI.......................................... 153
CAPITOLO 3:
................ 161
PROGETTO DI UN EDIFICIO INTELAIATO IN
CEMENTO ARMATO IN CLASSE DI DUTTILITA B
3.1 .......................................................................... 161 INTRODUZIONE
3.2 ................................................................... 163 AZIONE SISMICA
3.2.1 Determinazione dello spettro di progetto per lo stato limite
ultimo (SLU) ....................................................................................163
3.2.2 Determinazione dello spettro di progetto per lo stato limite di
danno (SLD).....................................................................................165
3.3 ..................................................... 166 COMBINAZIONI DI CARICO
3.4
.............................................................................................. 166
DIMENSIONI STRUTTURALI E CALCOLO DEI CARICHI
UNITARI
3.5 .................................................... 168 CALCOLO DEI PESI SISMICI
3.5.1 Incidenza travi.........................................................................168
3.5.2 Calcolo delle masse.................................................................171
3.5.3 Determinazione del baricentro degli impalcati .......................171
3.5.4 Verifica di regolarit in pianta ................................................172
3.5.5 Verifica di regolarit in altezza...............................................172
3.6 ................. 172 CALCOLO DEI CARICHI AGENTI SULLE TRAVI
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Indice v
3.7 ................................. 173 MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA
3.8 ................ 174 RISULTATI DELLANALISI DINAMICA MODALE
3.9 VERIFICA DELLO STATO LIMITE ULTIMO........................... 179
3.9.1 TRAVE 1011-1012-1013-1014-1015: Verifica a flessione....180
3.9.2 TRAVE 1011-1012-1013-1014-1015: Verifica a taglio.........185
3.9.3 TRAVE 1034-1035-1036: Verifica a flessione ......................190
3.9.4 TRAVE 1034-1035-1036: Verifica a taglio ...........................193
3.9.5 PILASTRATA 1082-2082-3082-4082: Verifica a
pressoflessione .................................................................................196
3.9.6 PILASTRATA 1082-2082-3082-4082: Verifica a taglio .......204
3.9.7 NODO TRAVE-PILASTRO: Verifica di resistenza ..............209
3.10 VERIFICA DEI DIAFRAMMI ORIZZONTALI ........................ 210
3.11 VERIFICA DELLO STATO LIMITE DI DANNO..................... 210
3.11.1 Calcolo dei pesi sismici e delle masse (SLD).......................210
3.11.2 Calcolo degli spostamenti .....................................................212
CAPITOLO 4: OSSERVAZIONI CONCLUSIVE...216
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI....................................................... 219
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CAPITOLO 1: INTRODUZIONE ALLA
PROGETTAZIONE ANTISISMICA
DI EDIFICI IN CEMENTO ARMATO
1.1 PREMESSA
Nel presente volume si sviluppano esempi applicativi, condotti fino al
dettaglio, relativi ad edifici in cemento armato progettati e verificati
secondo lOrdinanza 3274. In particolare si fa riferimento ad un semplice
edificio costituito da pianterreno e tre piani superiori, pertanto con
quattro solai al di sopra del piano di fondazione, che viene progettato
utilizzando le regole dei capitoli da 1 a 5 dellallegato 2 allOrdinanza,
seguendo due scelte progettuali differenti. Nellordine si utilizzano le
regole relative ai telai in cemento armato di classe di duttilit A
(capitolo 2), le regole relative ai telai in cemento armato di classe di
duttilit B (capitolo 3).
Per favorire la comprensione del volume, nel presente capitolo si
sviluppano preliminarmente alcune limitate considerazioni generali
riferite ai concetti fondamentali della nuova norma per gli edifici in
cemento armato.
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Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 2
1.2 ACCELERAZIONI DI PROGETTO E CATEGORIE DI
SUOLO DI FONDAZIONE
La filosofia progettuale scelta dalla normativa, coerentemente con molti
moderni codici, prevede due distinte verifiche (punto 2). La prima,
definita Stato Limite Ultimo (punto 2.1), considera un evento sismico che
ha periodo di ritorno elevato rispetto alla vita di servizio della struttura,
in particolare 475 anni, a cui corrisponde una probabilit di superamento
in 50 anni del 10%; per tale evento si ammette che ledificio possa
sostenere danni di grave entit, anche dal punto di vista strutturale,
conservando per la capacit di sopportare i carichi verticali e dunque
senza collassare. La struttura si deve anche verificare allo Stato Limite di
Danno (punto 2.2), relativo ad un periodo di ritorno molto pi piccolo e
paragonabile con la vita di servizio della struttura: probabilit di
superamento del 50% in 50 anni; in tal caso la struttura deve rimanere
agibile dopo levento e ci convenzionalmente si controlla limitando gli
spostamenti relativi di piano (punto 4.11.2).
In particolare gli studi di classificazione hanno suddiviso lItalia in
quattro zone in cui laccelerazione orizzontale massima su suolo rigido,
con periodo di ritorno 475 anni, rispettivamente compresa fra 0,25g e
0,35g, 0,15g e 0,25g, 0,05g e 0,15g, ed infine minore di 0,05g, essendo g
laccelerazione di gravit (9,81 m/sec2); a ciascuna di queste zone stato
cautelativamente assegnato il limite superiore dellintervallo di
accelerazione. Dunque per lo Stato Limite Ultimo si considerano
accelerazioni su suolo rigido ag pari a 0,35g, 0,.25g, 0,15g e 0,05g,
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Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 3
rispettivamente nelle zone sismiche 1, 2, 3 e 4. La suddivisione in zone
dellItalia riportata nellAllegato 1 dellordinanza.
Potrebbe sorprendere valori di accelerazioni cos elevate ed, almeno
apparentemente, cos diverse dalle precedenti indicazioni normative
nazionali. Lesperienza di molti eventi sismici degli ultimi anni, con reti
accelerometriche pi fitte ed efficienti, ha dimostrato la piena
verosimiglianza dei valori. Senza arrivare ad accelerazioni dellordine di
1g misurate ad esempio durante il terremoto di Taiwan, 1999, sono
svariate le misurazioni di 0,6-0,7g (si veda ad esempio Paulay e
Priestley, 1997). In Italia, durante il terremoto dellUmbria 1997, sono
state registrate accelerazioni al suolo superiori a 0,5 g a Nocera Umbria e
superiori a 0,4 g a Collefiorito. Dunque i valori della normativa sono
assolutamente realistici.
Le accelerazioni date dalla normativa sono riferite a suolo rigido e
dunque vanno riportate alla quota delle fondazioni, utilizzando le varie
categorie di profilo stratigrafico del suolo definite dalla norma al punto
3.1, e successivamente alla quota delle masse strutturali, considerando il
periodo proprio T della struttura e lo smorzamento viscoso equivalente . In particolare le categorie di suolo vengono definite mediante la velocit
media di propagazione delle onde di taglio del terreno negli ultimi 30 m
VS30, oppure in forma semplificata mediante le risultanze di prove
penetrometriche o mediante la valutazione della coesione non drenata. I
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Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 4
terreni superficiali esercitano evidentemente una funzione di filtro e
tendono a variare il contenuto in frequenza degli accelerogrammi
generati dai terremoti, modificando pertanto la forma e lintensit dello
spettro di risposta elastico, come definito al punto 3.2.3.
Si osservi che, coerentemente con quanto osservato in tutti i terremoti
rilevati, le amplificazioni sulle strutture in campo elastico, nellambito
dei periodi medi porterebbero a coefficienti di amplificazione pari a
2,5, da moltiplicare per un coefficiente S che vale 1 per la categoria di
suolo A (in pratica su suolo rigido), 1,25 per categorie di suolo B, C ed E
(in pratica terreni superficiali con VS30 compreso fra 180 m/s e 800 m/s)
ed 1,35 per categorie di suolo D (VS30 compreso fra 120 e 180 m/s). A
parte vanno trattati terreni di tipo S1 (VS30 < 120 m/s) e S2 (terreni
potenzialmente suscettibili di liquefazione).
Dunque si verifica che le accelerazioni attese in zona 1 sono comprese,
nellintervallo di periodi medi TB TC del punto 3.2.3, fra 0,875g e
1,18 g; trattasi evidentemente di accelerazioni pressoch insostenibili in
campo elastico e la struttura deve necessariamente andare in campo
plastico. Analogamente per le accelerazioni relative alle altre zone.
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Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 5
Da ci consegue lintera filosofia normativa:
- in primo luogo, per il terremoto dello Stato Limite Ultimo (SLU) non
accettabile che ledificio possa resistere elasticamente e dunque i
materiali e le sezioni vanno verificate in campo anelastico. Questo il
motivo per cui si adotta il calcolo allo Stato Limite Ultimo per
flessione, pressoflessione e taglio degli elementi.
- In secondo luogo si devono utilizzare metodi che consentano di
tenere in conto la capacit della struttura di dissipare energia in
campo plastico, introducendo il fattore di struttura per ridurre le
accelerazioni elastiche e pervenendo allo spettro di progetto per lo
SLU.
- In terzo luogo, per ottenere il previsto fattore di struttura e dunque
unadeguata capacit dissipativa, si deve intervenire con un
complesso di regole, sui materiali, sulla geometria degli elementi e
sui dettagli costruttivi, pi o meno restrittive a seconda che si progetti
in classe di duttilit A o B, che verranno brevemente descritte nel
seguito e che portano alla necessaria duttilit ed al rispetto della
gerarchia delle resistenze.
- Infine, per il terremoto ridotto, corrispondente ad una maggiore
probabilit che si verifichi durante la vita della struttura e che
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Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 6
definisce lo Stato Limite di Danno, cio facendo riferimento allo
spettro di risposta elastico ridotto del fattore 2,5, si deve verificare
che gli spostamenti relativi di piano siano inferiori ai limiti che
lesperienza ha dimostrato rendere inagibile la struttura.
Nel seguito si descrivono i punti salienti di tale filosofia normativa.
1.3 FATTORE DI STRUTTURA
Il fattore di struttura rappresenta uno dei concetti chiave della normativa.
In particolare, facendo propri i risultati di ingegneria sismica consolidati
da decenni, la norma rileva che una struttura adeguatamente progettata e
che conseguentemente ha capacit di andare in campo non lineare,
dissipando plasticamente energia, pu resistere ad accelerazioni sismiche
ben maggiori di quelle relative alla prima plasticizzazione. Pertanto, da
un punto di vista progettuale, si pu ridurre laccelerazione che la
struttura subirebbe in campo indefinitamente elastico definita dallo
spettro di risposta elastico del punto 3.2.3, mediante lintroduzione del
fattore di struttura e pervenendo cos alle accelerazioni di progetto di
una struttura, che nella realt ha comportamento non lineare dissipativo,
definite al punto 3.2.5.
Le sollecitazioni sulla struttura si possono calcolare ancora in campo
elastico, con gli usuali metodi della dinamica strutturale, ma valutando la
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 7
resistenza degli elementi in campo non lineare, perch necessario
valutare con precisione la soglia di prima plasticizzazione. Si deve poi
seguire un insieme coordinato di regole sulle propriet dei materiali e
sulla progettazione delle sezioni e degli elementi strutturali (travi,
pilastri, nodi, pareti, elementi cosiddetti non strutturali) per garantire che
la struttura abbia la capacit di dissipazione in campo non lineare che
implicita nelladozione del fattore di struttura di progetto.
Entrando nello specifico, per edifici in cemento armato lespressione del
fattore di struttura q previsto dallOrdinanza 3274 la seguente (punto
5.3.2):
RD0 KKqq (1.1)
dove
q0 il valore di base del fattore di struttura e dipende dalla tipologia
strutturale
KD il fattore di duttilit
KR il fattore di regolarit
I valori che assumono i diversi fattori sono i seguenti:
KD =1,0 per classe di duttilit A
KD = 0,7 per classe di duttilit B
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Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 8
KR=1,0 per edifici regolari in altezza
KR=0,8 per edifici irregolari in altezza
Per q0 viene suggerita la seguente valutazione:
Strutture a telaio q0 = 4,5 u / 1 Strutture a parete q0 = 4,0 u / 1 Strutture miste telaio-parete q0 = 4,0 u / 1 Strutture a nucleo q0 = 3,0
dove
1 il moltiplicatore della azione sismica orizzontale per il quale il primo elemento strutturale raggiunge la sua resistenza flessionale;
u il moltiplicatore della azione sismica orizzontale per il quale si verifica la formazione di un numero di cerniere plastiche tali da rendere
la struttura labile.
Entrando nel merito, il valore di base del fattore di struttura pu essere
valutato con metodologia osservazionale, e cio sullosservazione di
molti decenni relativa ad edifici che hanno resistito ai terremoti, con
metodologia teorico-numerica, analizzando moltissimi studi numerici
con accurate analisi non lineari, e con metodologia sperimentale che la
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Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 9
comunit scientifica ha sviluppato tanto su edifici in scala con tavole
vibranti quanto su elementi strutturali e su edifici in scala reale mediante
prove pseudodinamiche. Tutti i metodi confermano che per un telaio
regolare ed adeguatamente progettato in termini di duttilit, si pu
sicuramente fare riferimento a riduzioni dellordine di 4 o 5.
I concetti di base del calcolo sismico della struttura sono
schematicamente illustrati nella Fig. 1.1. Con riferimento ad un telaio
multipiano e multicampate, sullasse delle ascisse riportato lo
spostamento in sommit, mentre sullasse delle ordinate sono riportate, simultaneamente, il moltiplicatore delle forze orizzontali e la rotazione plastica pl della sezione critica pi cimentata anelasticamente, adimensionalizzata rispetto a quella ultima u. Fino al livello 1 il comportamento allincirca lineare (in realt a meno della fessurazione)
e non vi alcuna sezione in campo plastico. Per valori del moltiplicatore
superiori ad 1 la struttura entra in campo plastico; in un telaio correttamente progettato ci corrisponde al superamento del momento di
plasticizzazione in una trave e la cerniera plastica corrispondente inizia a
ruotare plasticamente. Poich il telaio fortemente iperstatico, le forze
sismiche possono incrementarsi fino al valore u, plasticizzando altre sezioni che non sono riportate nel grafico; al valore u corrisponde la formazione del meccanismo plastico. Si osservi che la rotazione plastica
della sezione pi esposta plasticamente, necessaria per ottenere la
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 10
sovraresistenza u /1, si deve sviluppare nelle travi che sono elementi duttili: in tal caso le strutture conservano un comportamento globale
duttile. La formazione del meccanismo implica invece la formazione di
cerniere plastiche anche nei pilastri, e ci corrisponde al cambio di
pendenza nel diagramma - . Il collasso della struttura corrisponde al raggiungimento della rotazione plastica di collasso nel pilastro pi
cimentato. Come gi si detto, molte evidenze numeriche e sperimentali
dimostrano che il telaio, se progettato seguendo il complesso di regole
della norma, dettagli costruttivi compresi, pu sviluppare una notevole
duttilit complessiva.
upl/ u
1
1 mec u
pl/u della prima cerniera nelle travi
pl/u nei pilastri
* * *
pl/ u=1
Fig. 1.1 Comportamento non lineare di telaio in cemento armato
adeguatamente progettato
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 11
Da tale analisi scaturiscono le seguenti ulteriori osservazioni:
- lanalisi strutturale pu condursi in campo elastico lineare purch
il progettista controlli che per effetto dei carichi verticali e
dellazione sismica di progetto la struttura sia ancora in campo
elastico. Dunque sono consentite le analisi lineari, sia quella
statica del punto 4.5.2 sia quella dinamica modale del punto 4.5.3
che il metodo di riferimento. Naturalmente la norma consente
metodi pi dettagliati come lanalisi statica non lineare, che
corrisponde alla procedura descritta nella Fig. 1.1, e lanalisi
dinamica non lineare (punti 4.5.4 e 4.5.5).
- E concettualmente poco significativo verificare le strutture in
zona sismica con il metodo delle tensioni ammissibili. E invece
pi corretto adottare unazione sismica di progetto maggiore
(forze orizzontali pi grandi) e verificare le strutture con il metodo
degli stati limite: questa situazione infatti certamente vicina a
quella che corrisponde allentrata in campo non lineare della
struttura. E questo il motivo per cui lOrdinanza impone il
calcolo allo stato limite, per flessione e taglio (travi, pareti),
pressoflessione e taglio (pilastri). Tale calcolo verr descritto nei
capitoli 2, 3.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 12
- Se necessario, il fattore di sovraresistenza u /1 va stimato conservativamente, come si vedr nel seguito.
- Se la struttura snella, e dunque sensibile agli effetti della non
linearit geometrica, il massimo della curva - si raggiunge prima della formazione del meccanismo ed in particolare quando
gli sforzi normali N agenti eguagliano il carico critico globale sul
telaio reso meno iperstatico dalle cerniere formatesi per
plasticizzazione; dopo il massimo la curva ha un ramo decrescente
come effetto della non linearit geometrica e solo su tale ramo si
forma il meccanismo strutturale. Questo tipo di comportamento
raramente si verifica nei telai in cemento armato, mentre tipico
dei telai in acciaio.
Il fattore di sovraresistenza pu dunque valutarsi numericamente
mediante lanalisi statica non lineare descritta in Fig. 1.1, non potendosi
comunque superare il valore 1,5; per semplicit progettuale la norma
suggerisce direttamente stime conservative con le seguenti regole:
Telaio monopiano: u /1 = 1,1 Telaio pluripiano, monocampata: u /1 = 1,2 Telaio pluripiano, pluricampata: u /1 = 1,3 Pareti non accoppiate: u/1 = 1,1 Pareti accoppiate o miste telaio-pareti: u /1 = 1,2
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 13
Lirregolarit strutturale, definita al punto 4.3.1, viene penalizzata perch
lesperienza dei terremoti degli ultimi decenni ha chiaramente mostrato
che conduce a eccessiva concentrazione di richiesta di duttilit in alcuni
elementi, diminuendo la capacit dissipativa complessiva. Dunque, per
fare fronte a tale diminuzione di duttilit globale, necessario aumentare
le forze di progetto. In particolare la norma prevede una diminuzione del
fattore di struttura del 20% e dunque un aumento delle forze di progetto
del 25%.
Per quanto concerne il metodo di verifica della regolarit in altezza
suggerito dalla norma al punto 4.3.1, molto semplice verificare la
regolarit in altezza delle masse; pi complessa la verifica della
regolarit in altezza delle rigidezze che per si pu controllare
conoscendo le dimensioni geometriche degli elementi, senza ancora aver
disposto le armature. Infine la regolarit in altezza delle resistenze, che
sicuramente condiziona maggiormente il comportamento strutturale, pu
verificarsi solo a posteriori, una volta che completamente definita
larmatura degli elementi. Le applicazioni che seguono chiariranno tali
concetti.
Mediante la scelta della classe di duttilit, la norma consente al
progettista di puntare pi sulla resistenza o pi sulla duttilit. Nel primo
caso, il progettista sceglie la classe di duttilit B, utilizzando un fattore
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 14
di struttura di base ridotto del 30%, e dunque aumentando le forze che
conducono alla prima plasticizzazione del 43%. Conseguentemente
ledificio ha necessit di una minore capacit di dissipazione plastica e il
progettista pu seguire un livello meno coercitivo di regole di progetto
che forniscono la duttilit.
Se invece il progettista sceglie la classe di duttilit A, ottiene una
riduzione delle forze di progetto maggiore e deve dunque garantire, con
adozione di regole pi severe, unadeguata duttilit strutturale. In
particolare sono molto pi restrittive le regole sulla gerarchia delle
resistenze di cui si dir nel seguito.
Va ben precisato che, ai fini dello Stato Limite Ultimo, le due
progettazioni sono equivalenti e cio conducono, in media, alla stessa
sicurezza strutturale. Naturalmente le strutture sono invece diverse per
terremoti con periodo di ritorno diverso da 475 anni, ed in particolare gi
per lo Stato Limite di Danno si hanno conseguenze progettuali
differenziate.
Ai fini progettuali poi utile osservare che il progetto in classe di
duttilit B viene condotto con modalit di calcolo molto simili a quelle
della preesistente normativa italiana DM 1996, qualora si adotti
lopzione di calcolo agli Stati Limite e i dettagli costruttivi suggeriti dalla
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 15
Circolare n 65 del 10.04.1997 Istruzioni per l'applicazione delle
Norme tecniche per le costruzioni in zone sismiche.
Gli esempi progettuali che seguono chiariranno il rapporto fra le due
modalit di calcolo. In termini generali si osserva che progettando in
classe di duttilit A si adoperano azioni inferiori, conseguentemente gli
elementi hanno dimensioni ridotte e dunque la struttura pu essere
condizionata dalla verifica di deformabilit allo Stato Limite di Danno.
Tale osservazione non per generale, in quanto il rispetto della
gerarchia delle resistenze travi/pilastri porta inevitabilmente a
sovradimensionare i pilastri; ci pu comportare una riduzione della
deformabilit laterale della struttura.
La classe di duttilit B va invece necessariamente adottata nel caso di
travi a spessore, ed in tal caso si gi detto che le azioni aumentano del
43%; si ha per, contemporaneamente, anche un aumento della
deformabilit complessiva, che pu condurre ad ordinate spettrali minori
specie nei casi di suolo di fondazione A, B, C o E. Ci comporta, a
parziale compensazione, la riduzione delle azioni che in definitiva
possono ridiventare simili a quelle della classe di duttilit A. In tal
caso diviene per decisiva, stante la maggiore deformabilit, la verifica
allo Stato Limite di Danno, che dunque pu fortemente condizionare i
telai di classe B con travi a spessore.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 16
Da quanto detto si rileva che in tutti i casi la progettazione strutturale
completamente basata sulla capacit di dissipazione in campo plastico.
Tale capacit non viene esplicitamente calcolata dalle disposizioni
normative. Dunque la norma deve contenere un complesso di regole che
garantiscano i livelli di dissipazione plastica impliciti nelle verifiche. La
capacit in particolare garantita da regole che da un lato forniscono
adeguata duttilit e dallaltra seguono quanto pi possibile i principi della
gerarchia delle resistenza. Nei due capitoli che seguono si evidenziano
le regole precedentemente introdotte per le due tipologie di problemi
suddetti.
1.4 GERARCHIA DELLE RESISTENZE
1.4.1 Generalit
Il concetto di gerarchia delle resistenze nuovo per il progettista italiano
e va dunque ben espresso. In sintesi, qualora sussista la possibilit di
rotture alternative, deve sempre avvenire prima quella con meccanismo
duttile; in altri termini il progettista deve innalzare opportunamente la
soglia di resistenza delle possibili rotture caratterizzate da meccanismi
fragili. In questo modo il comportamento della struttura governato dal
meccanismo duttile, in quanto il meccanismo fragile, ancora lontano
dalla soglia di resistenza, non si pu attivare. Ci garantisce
complessivamente una comportamento duttile.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 17
Per focalizzare meglio il concetto si consideri una struttura elementare,
in particolare una semplice catena costituita da due anelli, il primo duttile
(e quindi con notevole capacit di escursione in campo plastico) ed il
secondo fragile (e quindi con rottura improvvisa sul ramo elastico). La
catena deve sopportare uno sforzo di trazione crescente, evidentemente
uguale nei due anelli. Se lanello duttile progettato in modo da avere
resistenza inferiore di quello fragile, al crescere dello sforzo di trazione
lanello fragile rimane sul ramo elastico e si ha un comportamento
complessivamente duttile. Se avviene il contrario e cio lanello fragile
meno resistente di quello duttile, il comportamento condizionato
dallanello fragile e dunque al crescere del carico si verifica una rottura
improvvisa della catena.
Nelle strutture la gerarchia delle resistenze va garantita a tutti i livelli
strutturali: dei materiali, delle sezioni, degli elementi e dellintera
struttura; ad ogni livello va verificato quale sia il meccanismo duttile e
quale quello fragile, e la progettazione deve condurre al
sovradimensionamento dei meccanismi fragili.
Naturalmente la severit delle regole di gerarchia delle resistenze deve
essere maggiore per la classe di duttilit A, per la quale richiesta
maggiore capacit dissipativa, e minore per la classe di duttilit B, per
la quale si punta pi sulla resistenza. Nel seguito si esaminano tali diversi
livelli, collegando i problemi concettuali con i singoli punti della norma.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 18
1.4.2 Materiali: acciaio
Il materiale che fornisce duttilit alla struttura lacciaio, e dunque in
generale va garantito che i meccanismi di rottura che coinvolgono tale
materiale, previsti nel calcolo, vengano effettivamente sviluppati. Ci
porta a dover garantire la presenza di acciai di resistenza quanto pi
prossima a quella prevista, essendo leccesso di resistenza negativo al
pari del deficit di resistenza. Ci nella norma conduce alle prescrizioni
del punto 5.2.2. In particolare, con riferimento alla Figura 1.2, lacciaio
non deve avere un rapporto di incrudimento troppo elevato:
35,1f/f yt (1.2)
Inoltre lacciaio non deve avere tensione di snervamento effettiva troppo
maggiore di quella nominale:
25,1f/f nom,yeff,y (1.3)
0
200
400
600
800
0 0.05 0.1 0.15 0.2deformazione
tens
ione
(MPa
)
fy
ft
legame costitutivo acciaio
Fig. 1.2 Tipico legame costitutivo dellacciaio
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 19
Se tali condizioni non sono verificate pu perdersi il controllo dei criteri
di gerarchia.
Il mancato rispetto della (1.2) infatti pu comportare un eccessivo
aumento delle sollecitazioni resistenti al crescere delle deformazioni
plastiche, mentre una tensione di snervamento dellacciaio
eccessivamente superiore a quella dichiarata (nominale) pu comportare
una resistenza maggiore di quella posta alla base delle verifiche.
Naturalmente tali condizioni vanno associate a quelle che garantiscono
la duttilit del materiale, come si vedr al punto 5.2 del presente capitolo
1.
1.4.3 Elementi inflessi: gerarchia flessione/taglio
In un elemento inflesso, la rottura pu avvenire per flessione o per taglio.
Se le armature sono correttamente progettate, la rottura per flessione in
genere duttile, mentre quella per taglio in ogni caso fragile. Tali
caratteristiche sono ad esempio evidenti dal confronto delle immagini di
Figura 1.3, relative a prove su trave continua: nella parte alta di Figura
1.3 ben visibile lo sviluppo della completa plasticizzazione di tutte le
zone critiche, fra laltro pervenendo nella struttura iperstatica ad un
notevole rapporto di sovraresistenza u/1; nella parte bassa della stessa figura si vede la stessa trave continua, progettata per senza rispettare la
gerarchia delle resistenze flessione/taglio e dunque senza
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 20
sovradimensionare la resistenza a taglio: la rottura di tipo fragile, senza
alcuna plasticizzazione degli elementi.
Rottura flessionale duttile
Rottura per taglio fragile
Fig. 1.3 Trave continua in c.a. progettata rispettando la gerarchia delle resistenza
taglio/flessione e trave continua in c.a. con rottura precoce per taglio
Pertanto la regola della gerarchia delle resistenze impone che la rottura
per flessione debba avvenire prima di quella per taglio. Tale regola
imposta per la classe di duttilit A nelle travi (punto 5.4.1) e nei pilastri
(punto 5.4.2).
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 21
Tale regola implica per le travi (punto 5.4.1.1), che il taglio di progetto
non quello che discende dallanalisi strutturale bens il massimo
possibile sulla trave. Questultimo dato dal carico distribuito sulla trave
e dai momenti di plasticizzazione delle sezioni di estremit della trave,
amplificati da un coefficiente Rd=1,20 che copre dalle incertezze esistenti sui materiali. La Figura 1.4 che segue illustra a titolo di esempio
una delle condizioni di verifica corrispondente al caso delle forze
sismiche agenti da destra (coppie di estremit antiorarie):
2lG
lMM
V travektrave
uBuARdA
(1.4)
Gk
A Mu+A
B Mu+
Bltrave
Gk
A Mu+A
B Mu+
Bltrave
Fig. 1.4 Sollecitazioni sulle travi per valutare il taglio,
nel rispetto della gerarchia delle resistenze
La stessa regola deve applicarsi anche per i pilastri (punto 5.4.2.1) non
considerando ovviamente la presenza del carico distribuito.
Nelle pareti la regola definita al punto 5.4.5.1 comporta che il diagramma
degli sforzi di taglio da considerare nel calcolo vada moltiplicato per il
seguente coefficiente :
Sd
RdRd M
M (1.5)
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 22
e cio per il rapporto fra il momento resistente della sezione di base della
parete ed il corrispondente momento ottenuto dallanalisi, amplificato dal
coefficiente Rd = 1,20.
Si osservi che la classe di duttilit B non soggetta ad alcuna delle
restrizioni descritte, essendo sufficienti le regole di dettaglio complessive
per ottenere la duttilit implicita nel calcolo.
1.4.4 Comportamento globale: gerarchia travi/pilastri
Il comportamento globale del telaio in cemento armato pu condurre a
meccanismi molto diversi fra loro. Tipicamente le situazioni limite sono
rappresentate nelle Figg. 1.5.1 e 1.5.2.
mt
mt
mt
mt mt
mt
mt
mt
mt
mt
m F4
F3
F2
F1
m
mc
1 2
h
h
h
h
H
Cerniere plastiche
Fig. 1.5-1 (sinistra), 1.5-2 (destra) Meccanismi di collasso globale e di piano
Nel primo caso (Fig. 1.5-1), in cui sono coinvolte molte zone critiche di
travi, lo spostamento ultimo molto grande. Nel secondo caso (Fig. 1.5-
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 23
2), a parit di rotazione plastica dei pilastri, si ottiene uno spostamento
ultimo globale minimo. Tipici collassi con meccanismo sfavorevole che
si sono avuti in passati terremoti sono rappresentati nella Fig. 1.6.
Fig. 1.6 Meccanismi di piano; terremoti di Nicaragua, 1972 e San Fernando Valley, 1972
(V.V. Bertero, 1997)
Analogamente completamente diversa la capacit dissipativa delle due
strutture, che evidentemente dipende tanto dal numero di zone che si
plasticizzano quanto dalla loro duttilit.
Lesperienza ha insegnato che non semplice fornire regole che portino,
in modo attendibile, al meccanismo di Fig. 1.5-1. In letteratura esistono
diverse disposizioni, pi o meno semplici. La regola suggerita dalla
normativa, valida per la sola classe di duttilit A, data al punto 5.4.2.1
e fornisce il coefficiente:
p
RtRd
M
M (1.6)
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 24
essendovi al numeratore la somma dei momenti resistenti delle travi
convergenti in un nodo aventi verso concorde, ed al denominatore la
somma dei momenti nei pilastri convergenti nello stesso nodo, ottenuti
dallanalisi; al solito, vi il coefficiente amplificativo Rd = 1,20 per coprire da varie incertezze. Il coefficiente deve amplificare i momenti flettenti Mp ottenuti dallanalisi strutturale. Ci implica che i pilastri non
vanno progettati per le sollecitazioni che discendono dalle analisi, bens
per sopportare le massime sollecitazioni che possono trasmettere le travi,
amplificate ulteriormente dal coefficiente 1,20 che copre una serie di
incertezze come la sovraresistenza dellacciaio. In questo modo,
ragionevolmente, le travi devono plasticizzarsi prima dei pilastri
pervenendo al desiderato meccanismo dissipativo globale.
1.5 DUTTILITA
1.5.1 Generalit
Al punto 4.11.1.3 la normativa sottolinea che dovr essere verificato che
i singoli elementi strutturali e la struttura nel suo insieme possiedano una
duttilit coerente con il fattore di struttura (q) adottato, ed aggiunge che
questa condizione si potr ritenere soddisfatta applicando le regole di
progetto specifiche e di gerarchia delle resistenze indicate per le diverse
tipologie costruttive.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 25
Pertanto tutte le indicazioni relative ai materiali, alle sezioni ed agli
elementi, in termini soprattutto di dettagli costruttivi, sono finalizzate a
migliorare le prestazioni in termini di duttilit.
Come gi detto, la normativa definisce due classi di duttilit; la classe
A, che consente la formazione di un meccanismo con capacit
dissipativa alta, e la classe B che pur dovendo garantire lattivazione di
meccanismi di crisi flessionale prevede una capacit dissipativa pi
bassa.
Un progetto sviluppato con classe di duttilit B richiede una riduzione
del fattore di struttura, e quindi una maggiore entit delle azioni
sismiche. Si gi visto che le due classi garantiscono lo stesso livello di
sicurezza della progettazione allo SLU ma nel caso di classe di duttilit
A si fa affidamento su una minore resistenza ed una maggiore duttilit.
Pertanto chiaro che molte indicazioni e requisiti sono riferiti ad
entrambi le classi, e solo alcune procedure e regole sono specifiche per
ottenere la classe A.
1.5.2 Materiali
Per quanto riguarda i materiali, lacciaio (Fig. 1.2), oltre ai requisiti
necessari per la gerarchia delle resistenze descritti al par. 1.4.2, deve
possedere specifici requisiti di duttilit espressi in termini di
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 26
deformazione ultima su,k (allungamento uniforme al massimo carico, valore frattile 10% inferiore) e di rapporto di incrudimento ft/fy:
su,k > 8%
(1.7)
ft/fy >1,15
Il primo rappresenta proprio una indicazione diretta sulla duttilit del
materiale, cio sulla sua capacit di deformarsi in campo plastico. La
seconda indicazione invece significativa per la duttilit dellintero
elemento in cemento armato; infatti un elevato rapporto di incrudimento
consente la penetrazione dello snervamento nelle zone di calcestruzzo al
di l della fessura e quindi la diffusione della plasticizzazione. E chiaro
infatti che se lacciaio si snervato in corrispondenza di una sezione
fessurata, procedendo verso linterno del concio non fessurato la tensione
diminuisce a causa del trasferimento dello sforzo dallacciaio al
calcestruzzo; pertanto se il rapporto di incrudimento modesto a breve
distanza dalla fessura la tensione nellacciaio diventa inferiore a quella di
snervamento, con conseguenti piccole deformazioni anelastiche che
pertanto non contribuiscono in maniera significativa alla duttilit. Se
invece il rapporto di incrudimento elevato, vi una pi estesa
penetrazione delle deformazioni plastiche allinterno dellelemento e
conseguentemente un consistente aumento della lunghezza della zona
plasticizzata (cerniera plastica) e quindi della duttilit dellelemento.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 27
Si osservi che, con riferimento al rapporto di incrudimento, le due
esigenze della gerarchia delle resistenze (1.2) e della duttilit (1.7)
forniscono indicazioni opposte: infatti tenendo conto di quanto finora
riportato deve essere verificata la relazione:
35,1f (1.8) /f15,1 yt
Ci conferma la delicatezza della problematica: in conclusione
lintervallo indicato dalla (1.8) sembra individuare la condizione pi
ragionevole.
Per quanto riguarda il materiale conglomerato si deve ricordare che
esso non possiede caratteristiche di duttilit soddisfacenti come peraltro
si verifica per tutti i materiali lapidei. Per aumentare la duttilit
necessario introdurre armatura trasversale (staffe) allo scopo di contenere
le deformazioni trasversali: si tratta in sostanza di implementare un
effetto di cerchiatura del conglomerato che si indica notoriamente come
confinamento. Il confinamento pu migliorare in modo significativo la
duttilit del calcestruzzo: la sua efficacia legata al passo ed al diametro
delle staffe ma anche alla disposizione dei ferri longitudinali. In Fig. 1.7
sono riportati alcuni schemi di sezioni in cui sono evidenziate le zone di
conglomerato per le quali il confinamento inefficace. Nel diagramma - riportato in figura si noti come il confinamento produce un sensibile aumento della massima deformazione tollerabile dal conglomerato. Le
indicazioni normative finalizzate al confinamento del calcestruzzo
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 28
saranno richiamate nel seguito via via che si esaminano i diversi dettagli
costruttivi.
confinato con staffe
non confinato
c
c
confinato con spirali
Fig. 1.7 Efficacia delle staffe e delle barre longitudinali ai fini del confinamento (adattata
da Park e Paulay, 1975) e comportamento schematico del calcestruzzo confinato e non
1.5.3 Flessione nelle travi: armatura in trazione e compressione
Per quanto riguarda le travi la prima limitazione indicata al punto 5.5.2.2
si riferisce alla percentuale geometrica di armatura tesa (la stessa
limitazione vale per larmatura al bordo compresso):
k,yk,y f
7f
4,1 (1.9)
essendo la percentuale geometrica di armatura, riferita allintera sezione. Ad esempio, considerando fy,k = 430 MPa, si ha:
2 3 106,1103,3 In particolare con il limite inferiore si vuole evitare la rottura fragile che
potrebbe instaurarsi con la fessurazione della sezione a debolissima
armatura; con il limite superiore si vuole prevenire la rottura fragile
tipica delle sezioni fortemente armate. In sostanza la (1.9) individua un
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 29
intervallo nel quale il comportamento della sezione accettabile sotto
laspetto della capacita rotazionale.
A titolo di esempio nella Figura 1.8 sono mostrate alcune relazioni
momento-curvatura per una sezione rettangolare al variare dellarmatura
tesa. I diagrammi sono stati ottenuti utilizzando per lacciaio un legame
costitutivo tipico sperimentale e per il calcestruzzo quello suggerito dalla
letteratura tecnica con deformazione ultima pari allo 0,5%. Dai grafici
evidente che la duttilit della sezione aumenta al diminuire dellarmatura
in trazione.
0
100
200
300
400
500
0 0.05 0.1 0.15curvatura (1/m)
mom
ento
(kN
m)
4 12
4 16
6 20
4 20
30cm
50cm
2 12
rottura acciaio
rottura calcestruzzo
rottura bilanciata
Fig. 1.8 Influenza della percentuale di armatura tesa sulla duttilit
Una ulteriore indicazione finalizzata allincremento di duttilit della
sezione riguarda lutilizzazione di armatura in compressione:
questultima infatti, nelle zone critiche, non deve essere inferiore al 50%
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 30
di quella tesa. Anche questa indicazione pu essere esemplificata da un
grafico momento curvatura per una sezione rettangolare al variare
dellarmatura in compressione (Fig. 1.9) da due tondini di 12 mm a
quattro tondini di 20 mm. Si osserva come larmatura compressa possa
incrementare in modo significativo la duttilit della sezione, riducendo lo
sforzo nel calcestruzzo compresso e dunque riportando la rottura dal lato
dellacciaio teso.
Per garantire lefficacia dellarmatura in compressione anche in
condizioni ultime, quando potrebbero intervenire fenomeni di instabilit
delle barre compresse, la normativa indica di inserire almeno 2 barre di
diametro non inferiore a 12 mm.
0
100
200
300
400
500
0 0.02 0.04 0.06 0.08curvatura (1/m)
mom
ento
(kN
m) 2 2
30cm
50cm
6 20
4 2
4 20
rottura calcestruzzo
rottura acciaio
Fig. 1.9 Influenza della variabilit dellarmatura compressa sulla duttilit
Per le armature longitudinali vi sono ancora prescrizioni da rispettare in
corrispondenza dei nodi (punto 5.5.4.2): in particolare in tali zone si
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 31
devono evitare giunzioni, ovvero, qualora non fosse possibile, si devono
prendere provvedimenti specifici. Tali indicazioni sono finalizzate a
garantire lancoraggio delle barre in corrispondenza dei nodi dove le
sollecitazioni sono elevate: infatti landamento ciclico delle sollecitazioni
provoca un rapido degrado delladerenza e pertanto un cattivo
ancoraggio pu provocare lo sfilamento delle armature e determinare una
crisi locale.
Alcune indicazioni specifiche (punto 5.5.2.1) si riferiscono alla geometria
delle travi e sono particolarmente vincolanti per le travi a spessore, che
in genere vanno evitate perch possono produrre il punzonamento da
parte dei pilastri e che non possono garantire un adeguato trasferimento
di sollecitazioni fra trave e pilastri, specie per azioni cicliche. Pertanto le
travi a spessore devono avere una larghezza limitata in relazione alle
dimensioni del pilastro a cui si collegano per garantire un corretto
trasferimento degli sforzi tra i due elementi e garantire la collaborazione
di tutta la larghezza della trave alla resistenza ed alla duttilit.
Analogamente, linterpretazione del punto 5.5.2.1, indica che larmatura
longitudinale superiore alle estremit della trave a spessore deve essere
disposta per almeno il 75% entro una fascia pari alla larghezza del
pilastro sempre per garantire la corretta prestazione della trave (punto
5.5.2.2).
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 32
1.5.4 Flessione: armature trasversali
La disposizione delle staffe in prossimit dei nodi fondamentale poich
garantisce la duttilit delle zone dove la progettazione ha indirizzato la
plasticizzazione.
Le indicazioni normative del punto 5.5.2.3 riguardano quindi un concio di
trave a partire dal filo del pilastro, di maggiore estensione per la classe di
duttilit A (due volte laltezza utile della sezione) e di minore entit
per la classe di duttilit B (una volta laltezza utile).
Il passo delle staffe deve essere stabilito assumendo il minimo tra diverse
prescrizioni:
- un quarto dellaltezza utile della sezione (entrambe le classi di
duttilit)
- 15 cm (entrambe le classi di duttilit)
- sei volte il diametro minimo delle barre longitudinali considerate
nelle verifiche (solo per classe di duttilit A)
Dunque le prime due indicazioni sono comuni ad entrambe le classi di
duttilit e garantiscono un elevato grado di confinamento del
calcestruzzo compresso. Invece la limitazione del passo delle staffe in
funzione del diametro delle barre longitudinali, che si applica solo per la
classe A, finalizzata ad evitare linstabilit delle barre compresse.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 33
Infatti tanto studi sperimentali quanto effetti sismici sulle strutture hanno
chiaramente dimostrato che utilizzando staffe con passo maggiore di 6
volte il diametro delle barre si ottiene linstabilit in compressione,
mentre con passi minori o uguali la ridotta snellezza dellelemento non
consente linstabilit.
Gli effetti della instabilit delle barre sono esemplificati nella Figura
1.10. Nella parte di sinistra sono riportati alcuni dei risultati sperimentali
alla base della prescrizione normativa; in particolare con L indicato il
passo delle staffe e con D il diametro delle barre; sugli assi sono
rappresentate deformazioni e tensioni adimensionalizzate rispetto ai
rispettivi valori allo snervamento. Sono evidenti gli effetti di instabilit
per le barre pi snelle, indipendentemente dal diametro delle stesse.
Nella parte di destra della figura riportato uno dei tanti casi di
instabilit delle barre, particolarmente evidente, che si sono verificati
durante recenti eventi sismici.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 34
Fig. 1.10 Influenza della snellezza delle barre sul comportamento a compressione
(adattata da Nuti e Monti, 1992) ed effetti sismici su colonna circolare poco staffata
(Fischinger e Cerovek, 1997)
1.5.5 Pilastri: armature longitudinali
Nei pilastri larmatura longitudinale complessiva A deve soddisfare la
limitazione seguente:
%4AA%1
c (1.10)
Inoltre linterasse fra le barre longitudinali non deve essere superiore a
25 cm; ci comporta che nei pilastri, salvo quelli con sezione 30 x 30 cm,
vi siano sempre almeno 8 barre.
Entrambe le limitazioni sono finalizzate ad una maggiore efficacia del
confinamento, in quanto la compressione laterale delle staffe trova
proprio in corrispondenza dei ferri longitudinali i punti di azione effettiva
(vedi parte bassa della Fig. 1.7).
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 35
1.5.6 Pilastri: armature trasversali
Anche nei pilastri nelle zone prossime ai nodi le staffe devono rispettare
un passo minimo per garantire un elevato livello di duttilit. Le
limitazioni date al punto 5.5.3.3 sono pressoch le stesse delle travi, ma
trattandosi di elementi pressoinflessi, dove vi possono essere maggiori
fenomeni di instabilit delle barre compresse, si deve porre attenzione a
vincolare opportunamente le barre con staffe interne o legature (Fig.
1.11); infatti qualora un braccio della staffa fosse molto lungo non
sarebbe efficace a contenere linstabilit delle barre pi lontane dagli
spigoli.
Figura 1. 11 Efficacia delle staffe con legature interne
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 36
1.5.7 Nodi non interamente confinati
Il calcolo dei nodi non trovava in passato alcun riscontro normativo.
Invece lesperienza dei terremoti degli ultimi decenni e sperimentazioni
appositamente sviluppate, come quella riportata in Figura 1.12, hanno
mostrato come i nodi di estremit siano spesso responsabili della crisi di
edifici in cemento armato.
Il confinamento del nodo si considera realizzato interamente quando su
ogni faccia la sezione della trave si sovrappone per almeno i 3/4 della
larghezza del pilastro, e su entrambe le coppie di facce opposte del nodo
le sezioni delle travi si ricoprono per almeno i 3/4 dellaltezza;
conseguentemente sono non interamente confinati i nodi in cui non
convergono travi sulle quattro facce. Ci capita in tutti i nodi terminali
dei telai.
Lassenza del confinamento operato dalle travi deve essere compensata
da una opportuna armatura che garantisca una elevata resistenza del
nodo, che non deve pervenire alla rottura prima della trave e del pilastro:
naturalmente tale armatura trasversale ha anche la funzione di contenere
le armature longitudinali compresse del pilastro. Nelle Figure 1.12 si
osserva come lassenza di confinamento del nodo impedisca la
plasticizzazione delle travi e dei pilastri consentendo fenomeni di
instabilit delle barre compresse.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 37
Figura 1.12 Collassi di nodi non confinati, terremoto di Koaceli, Turchia, 1999
e prove sperimentali (Calvi et al., 2002)
Le formulazioni normative, per garantire unadeguata resistenza e
duttilit del nodo, impongono alle staffe presenti nel nodo, nella
direzione non confinata, una disuguaglianza del tipo:
yd
ckststfR
cbiAn
(1.11)
nella quale nst il numero di braccia della generica staffa orizzontale, Ast
larea di ciascuna barra, i linterasse tra le staffe, b la larghezza
utile del nodo e c un coefficiente numerico che in molti documenti
prenormativi italiani preso pari a 0,15. Con c = 0,15 la (1.11) fornisce
un quantitativo di armatura generalmente largamente conservativo. Nel
seguito si utilizzer un valore pari a 0,05 che sembra pi corretto
progettualmente.
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 38
Si osservi che altre normative, come lEurocodice 8, indicano
formulazioni pi articolate, valutando leffettivo stato di sollecitazione
nel nodo; il quantitativo di armatura che si valuta comunque rilevante.
1.6 VERIFICA DELLO STATO LIMITE DI DANNO
La verifica dello Stato Limite di Danno (SLD) riferita al terremoto che
ha il 50% di probabilit di essere superato in 50 anni (periodo di ritorno
circa 72 anni). La progettazione deve garantire la piena agibilit della
struttura dopo tale tipo di terremoto, limitando i danni alle parti
strutturali ed a quelle non strutturali. In particolare lo spettro di progetto
si ottiene da quello elastico, relativo al periodo di ritorno 475 anni, diviso
per il fattore 2,5 (punto 2.2).
Con tali azioni va calcolato il massimo spostamento relativo di piano dr
(punto 4.11.2) che, nei casi esaminati nei capitoli 2, 3 e 4 che seguono,
considerando edifici con tamponamenti collegati rigidamente alla
struttura e che interferiscono con la deformabilit della stessa, deve
risultare:
h005,0d (1.12) r
con h altezza del piano.
Tale verifica pu condizionare la progettazione e cio essere pi
vincolante di quelle dello Stato Limite Ultimo (SLU). In linea di
principio non possibile prevedere a priori quale sia la verifica pi
gravosa; in generale si pu affermare che quanto pi la struttura
-
Capitolo 1: Introduzione alla progettazione antisismica di edifici in cemento armato 39
deformabile, tanto pi sar penalizzante lo SLD. Ci confermato dai
due casi che si presentano: la verifica dello SLD penalizzante nel caso
presentato nel capitolo 3, in cui la struttura possiede un significativo
numero di travi a spessore.
Si osservi ancora che la verifica allo SLD, per evidenti motivi
probabilistici, viene condotta con masse sismiche diverse da quelle
considerate nello SLU; ci conduce alla necessit di dover sviluppare
due distinte analisi dinamiche delledificio. Gli esempi sviluppati
dimostrano che, in realt, le differenze sono minime. In definitiva in
questo caso rimane nella libert del progettista la decisione di non
effettuare calcoli diversi se ritenuti tecnicamente inessenziali.
-
CAPITOLO 2: PROGETTO DI UN EDIFICIO
INTELAIATO IN CEMENTO ARMATO
IN CLASSE DI DUTTILITA A
2.1 INTRODUZIONE
Nel capitolo che segue si analizza in dettaglio la progettazione di un
edificio intelaiato in cemento armato, considerando lallegato 2
allOrdinanza 3274 ed in particolare i criteri generali dei capitoli 1-4 e le
regole per gli edifici con struttura in cemento armato del capitolo 5.
Ledificio viene considerato in zona 1 e fondato su suolo di fondazione
di categoria C. Ledificio viene progettato in classe di duttilit A.
2.2 INDIVIDUAZIONE DELLA ZONA SISMICA
Ai fini dellapplicazione delle seguenti norme, il territorio nazionale
stato diviso in quattro zone sismiche, ciascuna contrassegnata da un
diverso valore del parametro ag (accelerazione orizzontale massima).
sufficiente quindi conoscere il comune in cui ubicato ledificio da
progettare per risalire alla categoria sismica di appartenenza (Ord. n.3274
del 20 marzo 2003 Criteri per lindividuazione delle zone sismiche
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 41
individuazione, formazione e aggiornamento degli elenchi nelle medesime
zone).
In particolare nel seguito si far riferimento alla zona 1.
2.3 DEFINIZIONE DEL SISTEMA COSTRUTTIVO
Le prescrizioni di normativa variano a seconda del sistema costruttivo
delledificio da progettare (punto 4.1 - Sistemi costruttivi).
In particolare si fa riferimento ad edifici isolati ed edifici non isolati,
distinguendo nellambito di entrambe le categorie tra:
- Edifici con struttura in cemento armato;
- Edifici con struttura in acciaio;
- Edifici con struttura mista in acciaio e calcestruzzo;
- Edifici con struttura in muratura;
- Edifici con struttura in legno.
Sono altres specificate laltezza massima degli edifici di nuova
costruzione e le distanze da quelli gi esistenti, in funzione del sistema
costruttivo e della zona sismica di appartenenza (punto 4.2 Distanze ed
altezze).
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 42
2.4 NORMATIVA DI RIFERIMENTO
E
Si intende progettare un edificio in cemento armato, destinato a civile
abitazione. Oltre alla normativa sismica di riferimento, la struttura in
esame dovr soddisfare le prescrizioni contenute nella normativa vigente
ed, in particolare, nel D.M. 9 gennaio 1996: Norme per il calcolo,
lesecuzione ed il collaudo delle strutture in cemento armato, normale e
precompresso e per le strutture metalliche e nel D.M. 16 gennaio 1996:
Norme tecniche relative ai Criteri generali per la verifica di sicurezza delle
costruzioni e dei carichi e sovraccarichi.
2.5 SCHEMA ARCHITETTONICO E STRUTTURAL
Nella progettazione bisogna seguire quanto pi possibile i criteri di
regolarit (punto 4.3.1 Regolarit).
Infatti, in funzione della regolarit di un edificio saranno richieste scelte
diverse in relazione al metodo di analisi e ad altri parametri di progetto.
Relativamente alla disposizione dei pilastri, inoltre, lesperienza
suggerisce di orientarli, per quanto possibile, per il 50% in una direzione
e per laltro 50% nella direzione ortogonale ed in maniera tale da
centrifugare il pi possibile le rigidezze laterali.
Si riporta di seguito lo schema della pianta del piano terra (Fig. 2.1),
della pianta del piano tipo (Fig. 2.2) e di una sezione delledificio da
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 43
progettare (Fig. 2.3), nonch una visione prospettica dellintelaiatura
(Fig. 2.4).
Ledificio a pianta rettangolare e si sviluppa per quattro piani. Il lato
lungo ha direzione coincidente con quello dellasse X del riferimento
globale e il lato corto diretto come lasse Y di tale riferimento.
Allingresso si ha una scala, realizzata con trave a ginocchio, ad
eccezione del primo rampante costituito da un solettone appoggiato in
testa sulla trave intermedia di pianerottolo e alla base su una parete in
c.a. e sconnesso per spostamenti orizzontali dal resto della struttura.
Dalla scala si accede agli appartamenti, in numero di due per ogni piano.
I due appartamenti sono costituiti entrambi da un ingresso, una cucina,
un soggiorno, due stanze da letto e rispettivamente da uno e da due bagni
e uno studio. Laccesso in copertura avviene mediante una porta
scorrevole in acciaio.
Ledificio strutturalmente simmetrico in direzione Y, mentre si presenta
asimmetrico in direzione X.
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 44
MagazzinoMagazzino
Ufficio
Bagno
(+0,80)
A
NegozioIngresso
(+0,80)
A
Ufficio
Bagno
Negozio
25,4 m
14 m
Fig. 2.1 Pianta piano terra
Cucina
Ingresso
Soggiorno
CucinaLetto
A
Ingresso
Soggiorno
Bagno
Studio
A
Bagno
Letto
LettoBagno
25,4 m
14 m
Letto
Fig. 2.2 Pianta piano tipo
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 45
0,80 m
2,40 m
5,60 m
12,0 m
8,80 m
4,00 m
7,20 m
10,4 m
13,6 m
0,00 m
Fig. 2.3 Sezione A-A
Fig. 2.4 Visione prospettica dellintelaiatura
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 46
Su ciascun piano sono stati disposti 24 pilastri che vanno a definire
quattro telai paralleli alla direzione X e sei telai paralleli alla direzione Y.
Per quanto concerne i materiali impiegati, si scelto di usare un
conglomerato con Rck=25 N/mm2 e un acciaio in barre FeB44k; si
ricorda che sia il conglomerato che lacciaio devono rispondere a
determinati requisiti di duttilit e gerarchia delle resistenze (punto 5.2
Caratteristiche dei materiali).
Con riferimento al D.M. 9 gennaio 1996, le resistenze di calcolo per i
materiali si valutano:
per il calcestruzzo:
2c
ck
c
ckcd mm/N0,136,1
83,02583,0Rf'f .
Di norma la resistenza di calcolo del calcestruzzo, viene ulteriormente
ridotta, adottando il diagramma parabola rettangolo (Fig. 2.5), definito
da un arco di parabola di secondo grado e da un segmento di retta
parallelo allasse delle deformazioni.
0 3,5 %2 %
c
c
0,85 f'cd
Fig. 2.5 Diagramma parabola rettangolo
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 47
Lordinata massima del diagramma pari a:
2cdcd mm/N0,11'f85,0f .
Per il modulo elastico Ec, si assume in sede di progetto il valore:
2ckc mm/N28500255700R5700E .
per lacciaio FeB44k si definisce una tensione caratteristica di snervamento fyk = 430 N/mm2 e quindi una resistenza di calcolo
fsd:
2s
yksd mm/N37415,1
430ff
2.6 AZIONE SISMICA
La zona sismica di riferimento, quella di tipo 1 (punto 3.2.1 Zone
sismiche). In funzione di detta zona, si definisce un valore del parametro
ag (accelerazione orizzontale massima), espresso in funzione
dellaccelerazione di gravit g:
itorno 475 anni oppure probabilit del 10% di
ssere superata in 50 anni.
g35,0a g
Tale valore costituisce laccelerazione su suolo rigido che, nella zona
considerata, ha periodo di r
e
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 48
Ai fini della determinazione dellazione sismica di progetto, sono
definite varie categorie di profilo stratigrafico del suolo di fondazione
(punto 3.1 Categorie di suolo di fondazione).
Lesame di carattere geotecnico permette di stabilire lappartenenza del
suolo alla categoria tipo C ovvero suolo caratterizzato da valori della
velocit media di propagazione entro 30 m di profondit delle onde di
taglio VS30 compresi fra 180 e 360 m/s (depositi di sabbie e ghiaie
ediamente addensate, o di argille di media consistenza, ovvero
In base alle caratteristiche del suolo si definisce il fattore S (punto 3.2.3
ressione dello spettro di risposta elastico, in funzione del periodo
fondamentale della struttura nella direzione in esame, riportata al punto
m
resistenza penetrometrica 15
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 49
2.6.1 Determinazione dello spettro di progetto per lo stato limite ultimo
e strutture sismo-resistenti in cemento armato previste dalle seguenti
- strutture a pareti,
- strutture miste telaio-pareti,
- strutture a nucleo.
In funzione della tipologia strutturale, della classe di duttilit, della
regolarit in elevazione e del numero di piani, si determina il fattore di
struttura q (punto 5.3.2 Fattori di struttura):
(SLU)
L
norme possono essere classificate nelle seguenti tipologie (punto 5.3.1
Tipologie strutturali):
- strutture a telaio,
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
.0 3.5 4.0
S e [g
]
Fig. 2.6 Spettro di risposta elastico
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3T [s]
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 50
RD0 KKqq (2.1)
ove:
q0 legato alla tipologia strutturale;
e di regolarit
delledificio.
Nel caso in esame si decide di progettare in classe di duttilit A (CD
D
R = 1,0.
n esame presenta una struttura intelaiata, risulta:
KD un fattore che dipende dalla classe di duttilit;
KR un fattore che dipende dalle caratteristich
A), per cui risulta:
K = 1,0
Inoltre, il previsto sviluppo in elevazione delledificio soddisfa i criteri di
regolarit (punto 4.3.1 Regolarit), conseguentemente:
K
Poich ledificio i
1
u0 5,4q
(2.2)
rogettare a pi piani e pi campate, si ha:
Non volendo effettuare unanalisi non lineare e considerando che
ledificio da p
3,11u Risulta pertanto:
85,53,15,45,4q u0
1
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 51
ed in definitiva il fattore di struttura, da utilizzare, dato dalla seguente
espressione:
85,51185,5KKqq RD0
Lespressione dello spettro di progetto, riportata al punto 3.2.5 Spettri
di progetto per lo stato limite ultimo. Se ne riporta di seguito il grafico (Fig.
2.7):
0.00
0.05
0.10
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Fig. 2.7 Spettro di progetto per lo stato limite ultimo
2.6.2 Determinazione dello spettro di progetto per lo stato limite di danno
(SLD)
Lo spettro di progetto per lo stato limite di danno, p
0.15
0.20
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
T [s]
u essere ottenuto
riducendo lo spettro di risposta elastico secondo un fattore pari a 2,5
(punto 3.2.6 Spettro di progetto per lo stato limite di danno). Si fa cos
riferimento ad eventi sismici che abbiano una probabilit di occorrenza
0.25Sd [g
]
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 52
pi elevata di quella dellazione sismica di progetto. In pratica,
I carichi da considerare sono quelli relativi alla verifica allo stato limite
ultimo (Circolare 4 luglio 1996 n.156: Istruzioni per lapplicazione delle
Norme tecniche relative ai criteri generali per la verifica di sicurezza delle
costruzioni e dei carichi e sovraccarichi di cui al D.M. 16 Gennaio 1996):
mediamente, si fa riferimento a probabilit di superamento del 50% in 50
anni a cui corrisponde, allincirca, un periodo di ritorno di 72 anni. Si
riporta di seguito il grafico corrispondente (Fig. 2.8).
2.7 COMBINAZIONI DI CARICO
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0T [s]
3,5 4,0
Sd [g
]
Fig. 2.8 Spettro di progetto per lo stato limite di danno
n
2i
iki0qk1qkp QQP kgD GF (2.3)
ove: delle azioni permanenti;
Pk il valore caratteristico della forza di precompressione;
Gk il valore caratteristico
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 53
i ogni
combinazione;
0i un coefficiente di combinazione allo stato limite ultimo.
I o sismica, in
considerano due combinazioni:
Qlk il valore caratteristico dellazione di base d
Qik sono i valori caratteristici delle azioni variabili fra loro
indipendenti;
n z na presenza di un solo sovraccarico variabile verticale, si
Solo carichi verticali: kqkgd QGF
essendo Q
(2.4)
o delle azioni accidentali ed
vendo assunto g = 1,4 e q = 1,5;
Nel caso di stato limite ultimo (SLU) o stato limite di danno (SLD)
re effettuata la seguente combinazione degli effetti della
a
k il valore caratteristic
a
Carichi verticali ed azioni sismiche (punto 3.3 Combinazione
dellazione sismica con altre azioni).
deve esse
zione sismica con le altre azioni:
kjkId QGEF (2.5)
essendo:
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 54
IE lazione sismica per lo stato limite in esame, con I =fattore
zioni permanenti;
p oni
o uffici e = 0,80 per le scale;
le costruzioni devono essere dotate di un
to per effetto di un evento sismico (punto 2.5
di importanza;
Gk il valore caratteristico delle a
Qk il valore caratteristico delle azioni accidentali;
ed assumendo:
er lo SLU: j = = 0,30 per la destinazione duso di abitazi
per lo SLD: j = = 0,70 per la destinazione duso di abitazioni o uffici e = 1,00 per le scale; I = 1,0 per edifici ordinari (punto 4.7 Fattori di importanza).
A tal proposito si rammenta che
livello di protezione antisismica differenziato in funzione della loro
importanza e del loro uso e, quindi, delle conseguenze pi o meno gravi
di un loro danneggiamen
Livelli di protezione antisismica).
2.8 DIMENSIONI STRUTTURALI E CALCOLO DEI
CARICHI UNITARI
Sulla base di una valutazione di massima delle sollecitazioni, sono state
assegnate delle dimensioni agli elementi strutturali. In particolare per
tutti i pilastri del primo livello, si assunta una sezione 40 x 75 cm,
mentre per le travi una sezione 40 x 60 cm. A tal proposito si osserva
che, rispetto alle tradizionali modalit di predimensionamento dei telai in
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 55
cemento armato, i pilastri devono essere sovradimensionati e non si
devono avere travi eccessivamente resistenti, altrimenti risulter
impossibile rispettare la gerarchia delle resistenze per lo SLU; inoltre i
pilastri vanno sovradimensionati anche per il rispetto della verifica di
deformabilit dello SLD. Sia per ragioni di regolarit in elevazione
(punto 4.3.1 Regolarit) che per motivi pratici si consiglia, per ciascun
pilastro, al massimo una rastremazione della sezione trasversale di 10 cm
per piano. Anche per le travi si esegue una rastremazione di 10 cm. La
rastremazione viene fatta per i pilastri al 3 livello che presentano
pertanto dimensioni 40 x 65 cm e per le travi al 2 livello (40 x 50). Le
travi del 2, 3 e 4 livello sono quindi uguali (40 x 50), mentre risultano
uguali i pilastri del 1 e 2 livello (40 x75) e del 3 e 4 livello (40 x 65).
La rastremazione delle travi viene effettuata per rispettare la gerarchia
delle resistenze travi-colonne (punto 5.1 principi generali) e per tenere
conto delle minori sollecitazioni sismiche nei livelli superiori al primo.
Infine per ridurre leccesso di sollecitazioni sul corpo scala attraverso
leffetto controventante delle travi a ginocchio, si scelto di assegnare
alle due pilastrate centrali appartenenti al telaio di facciata dimensioni
pi contenute, nella misura di 40 x 40 cm.
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 56
Fig. 2.9 Visione prospettica dellintelaiatura
2.8.1 Solaio
Laltezza del solaio stata valutata nel rispetto della normativa vigente
(D.M. 9 gennaio 1996) tenendo conto che lo spessore dei solai a portata
unidirezionale e che non ertura non deve essere
etta di almeno 4 cm.
siano di semplice cop
minore di 1/25 della luce di calcolo e con una sol
5,00 m
3,90
m5,
20 m
5,80 m 5,80 m5,00 m3,40 m
4,50
m
Fig. 2.10 Orditura dei solai
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 57
Nello specifico risulta: Lmax = 5,20 m, pertanto:
Hsolaio L/25 = 520/25= 20,8 cm si assume Hsolaio = 22 cm
Il solaio risulta caratterizzato da travetti in c.a. di larghezza pari a 10 cm
e interasse 50 cm e da laterizi di larghezza pari a 40 cm e di altezza pari a
18 cm (Fig. 2.11). La richi che gravano sulla
truttura stata effettuata facendo riferimento ad un mq di solaio:
determinazione dei ca
s
10 cm
100 cm
40 cm10 cm4
cm22 c
m18
cm
Fig. 2.11 Sc el solhema d aio
soletta 0,04 25 1,00 kN/m2 travetti 2 (0,10 0,18 25) 0,90 kN/m2 laterizi 2 (0,40 0,18 8) 1,15 kN/m2 Totale peso proprio 3,05 kN/m2
intonaco 0,02 18 0,36 kN/m2 massetto 0,04 15 0,60 kN/m2 pavimento in ceramica (2 cm) 0,40 kN/m2
incidenza tramezzi 1,00 kN/m2
Totale peso solaio G = 5,41 solaio kN/m2
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 58
Nel caso del solaio di copertura, laliquota di peso costituita
dallincidenza tramezzi sostituita da quello dello strato di
impermeabilizzazione. Pertanto si pu ritenere di assumere lo stesso
carico unitario, per tutti i solai, compreso quello di copertura.
Il carico accidentale Qk fornito dal D.M. 16 gennaio 1996 nella misura di
2,00 kN/m2 per ambienti non suscettibili di affollamento.
2.8.2 Balcone
Il solaio in corrispondenza del balcone ridotto di 2 cm. Risulta essere
caratterizzato, pertanto, da travetti in c.a. di larghezza pari a 10 cm e
interasse 50 cm e da laterizi di larghezza pari a 40 cm e di altezza pari a
16 cm invece che 18 cm nazione dei carichi che
gravano sulla struttura stata effettuata facendo riferimento ad un mq di
bal
(Fig. 2.12). La determi
cone:
10 cm
100 cm
40 cm10 cm
4 cm
20 cm
Fig. 2.1 el ba
N/m
travetti 2 (0,10 0,16 25) 0,8 kN/m2
2 Schema d lcone
soletta 0,04 25 1 k 2
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 59
laterizi 2 (0,40 0,16 8) 1,02 kN/m2 intonaco 0,02 18 0,36 kN/m2 massetto 0,04 15 0,60 kN/m2 pavimento in ceramica (2 cm) 0,40 kN/m2
G = 4,18 kN/mbalconi 2
Il carico accidentale Qk per balconi, ballatoi e scale comuni fornito dal
D.M. 16 gennaio 1996 nella misura di 4,00 kN/m2.
2.8.3 Scala
Lo schema statico adottato per la scala (ad eccezione del primo
rampante) quello di gradini a sbalzo sorretti da trave a ginocchio. Si
definisce per la trave a ginocchio una dimensione di 40 x 40. Per quanto
riguarda il calcolo dei carichi unitari, si considerato sia il peso dei
gradini di alzata 16 cm e pedata 30 cm che quello di una soletta di 4 cm
di spessore, dellintonaco di 2 cm e del marmo che ricopre la scala di
spessore 3 cm (Fig. 2.13).
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 60
16 cm
2 cm
3 cm
30 cm
4 cm
2. la scala
La ric vano sulla struttura stata
effettuata con riferimento al m n tal modo:
ra in ,30 2,00 kN/m2
soletta 0,04 25 1,00 kN/m2 0,02 18 0,36 kN/m2
Fig. 13 Schema del
determinazione dei ca hi che gra
q. Si ottiene i
g d i [0,5 (0,16 0,30 )] 25 / 0
intonaco
marmo (3 cm) 0,80 kN/m2
G = 4,16 kN/mscala 2
Il carico accidentale Qk per balconi, ballatoi e scale comuni fornito dal
D.M. 16 gennaio 1996 nella misura di 4,00 kN/m2.
Approssimativamente si assume il peso dei pianerottoli eguale a quello
delle rampe.
2.8.4 Tamponature
tamponatura in doppia fodera. Pertanto si ha:
Si intende realizzare una
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 61
Fodera interna (10 cm) 0,8 kN/m2
Fodera esterna (15 cm) 1,2 kN/m2
Intonaco (2 cm) 0,36 kN/m2
Gtamp = 2,36 kN/m2
2.8.5 Travi
si considerata anche la fascia
piena del solaio, nella misura di 10 cm, da conteggiarsi da un solo lato
per le travi esterne e da entrambi i lati per le travi interne. Si deve,
tare dal valore del carico unitario cos calcolato laliquota di
1 livello:
60:
Nella valutazione del carico unitario,
quindi, decur
peso proprio del solaio (3,05 kN/m2), per evitare di computare due volte
uno stesso carico.
Travi esterne 40
m/kN03,505,35,02522,010,06,04,0Gtravi Travi interne 40 60:
m/kN27,505,36,02522,020,06,04,0Gtravi
2, 3 e 4 livello:
Travi esterne 40 50: travi m/kN03,405,35,02522,010,05,04,0G
Travi interne 40 50: m/kN27,405,36,02522,020,05,04,0Gtravi
-
Capitolo 2: Progetto di un edificio intelaiato in cemento armato in classe di duttilit A 62
2.8.6 Pilastri
Ricordando che per il primo e secondo livello e per il terzo e quarto
livello la struttura presenta rispettivamente pilastri di dimensione 40 x 75
cm e 40 x 65 cm, si ha:
1 e 2 livello m/kN50,72575,04,0Gpilastri 3 e 4 livello pilastri m/kN50,62565,04,0G
2.9 CALCOLO DEI PESI SISMICI (SLU) E VERIFICHE
I REGOLARITA
punto 4.5 Analisi
mportamento sismico delledificio.
ciascun livello,
in esame, lipotesi di impalcati infinitamente
altre azioni.
D
La norma prevede la possibilit di eseguire analisi lineari e non lineari
( ). Nel caso in esame si far, per, solo riferimento alle
analisi lineari, per cui il modello sar elastico (punto 4.4 Modellazione
della struttura). Inoltre, con riferimento allo stesso punto, non si utilizza
la possibilit di considerare la presenza di fessurazione; per le
conseguenze della fessurazione sul co
Il modello caratterizzato da tre gradi di libert per
essendo valida, nel caso
rigidi. A ciascuno di questi gradi di libert va associata una massa o,
equivalentemente, un peso sismico, che vanno determinati secondo
quanto previsto dal punto 3.3 Combinazione dellazione sismica con le
-
Capitolo 2: Progetto di un e