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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

  • 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

  • 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.

  • 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,

  • 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

  • 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.

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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