CAPITOLO 1

IL SISTEMA COSTRUTTIVO: DESCRIZIONE E CARATTERISTICHE. VANTAGGI E SVANTAGGI RISPETTO

AL METASISTEMA BASIS

Cap. 1 Il sistema costruttivo Descrizione e caratteristiche

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1. DESCRIZIONE E CARATTERISTICHE DEL SISTEMA

Il sistema in oggetto rappresenta una soluzione modulare caratterizzata da unossatura

portante di tipo misto acciaio - calcestruzzo, da solai di piano semi-prefabbricati di tipo rigido

ed autocontroventante, da elementi di completamento (tramezzi, tompagni, ecc.) di tipo

qualsiasi, tradizionale o innovativo.

In termini generali, il sistema utilizza essenzialmente (cfr. fig.1.1) :

colonne passanti in profilati dacciaio con sezione ad I , laminati a caldo (serie HE) o sagomati a freddo con due C accoppiati, o ancora con sezione cava a sagomati a freddo, funzionanti staticamente come ritti pendolari ed eventualmente rivestiti di

calcestruzzo armato collaborante ;

travi principali passanti, funzionanti staticamente come travature contigue poggiate ai ritti, formate in modo composito da un nucleo metallico autoportante, costituito da uno o due

profili pressopiegati a freddo, con sezione a [ o a ][ , solidarizzati in stabilimento di

prefabbricazione ad una soletta inferiore in calcestruzzo armato secondo il modello

predalles, collegati in opera alle ali delle colonne con giunzioni bullonate e destinati

successivamente ad essere totalmente inglobati nel getto di completamento dellimpalcato,

onde realizzare, in definitiva, una speciale struttura mista acciaio - calcestruzzo, con

collaborazione statica dei due materiali, in spessore di solaio ;

solai autoportanti di vario genere, ma preferibilmente realizzati mediante lastre modulari semi-prefabbricate a traliccio tipo predalles, con getto integrativo di calcestruzzo previo

inserimento di armature aggiuntive e rete elettrosaldata di ripartizione superiori ;

pareti di tamponamento in soluzioni differenziate secondo le specifiche esigenze prestazionali richieste ; particolarmente idonei si rivelano i pannelli prefabbricati in

conglomerato cementizio (normale, alleggerito o fibrorinforzato), che possono anche farsi

collaborare staticamente con le colonne.

Laspetto innovativo caratterizzante il sistema costruttivo in oggetto riguarda le travi

alle quali si attestano i pannelli di solaio. I profili a [ , derivanti chiaramente dal metasistema

BASIS ma senza irrigidimenti, svolgono una fondamentale ed autonoma funzione nelle fasi di

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montaggio e del getto di completamento, mentre in quella di esercizio contribuiscono alla

resistenza ed alla rigidezza della trave.

In una prima fase di studio sono state definite le caratteristiche salienti di sei tipologie

di sezione, e se ne sono valutate le caratteristiche geometriche, inerziali e prestazionali,

ipotizzando diversi tipi di comportamento, in sintonia con le Norme vigenti.

Cos operando stato possibile definire una serie di elementi strutturali standard da

impiegare nella realizzazione di organismi complessi.

2. ELEMENTI STRUTTURALI COMPONENTI IL SISTEMA : VANTAGGI E SVANTAGGI RISPETTO AL BASIS

Si passano ora in rassegna i vari elementi strutturali componenti il sistema, al fine di

elencarne le principali differenze con il BASIS, evidenziando gli eventuali pregi e difetti di

una scelte rispetto allaltra. Ci si limiter ad una descrizione qualitativa dei due sistemi.

2.1. Solaio

Nella soluzione BASIS per realizzare il solaio si adoperano lamiere grecate

completate da un getto successivo di calcestruzzo. Queste trasferiscono il carico di loro

competenza sulle travi secondarie necessarie in questo contesto, che a loro volta trasferiscono

il carico (concentrato) sulle travi principali. Le lamiere possono essere semplicemente

appoggiate alle travi secondarie, nel caso in cui debbano trasmettere solo carichi verticali, o

essere collegate a queste ultime, per esempio tramite bottoni di saldatura, e svolgere quindi

anche funzione di controvento orizzontale di piano, trasferendo leventuale azione sismica o

eolica, tramite opportuni dispositivi, al nucleo scala in cemento armato.

Oltre al getto di completamento sono necessarie una rete elettrosaldata posta nella

soletta di calcestruzzo ed armature di completamento nelle zone di momento negativo, cio

agli appoggi sulle travi secondarie.

Questa soluzione presenta i seguenti vantaggi :

ottima permeabilit agli impianti ; ottima integrazione con gli altri elementi costruttivi ; basso carico unitario del solaio ;

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facilit di posa in opera e montaggio ; assenza di casseformi per il getto di calcestruzzo.

Di contro la soluzione presenta i seguenti svantaggi :

costo delle lamiere e degli eventuali bottoni di saldatura ; non elevata coibenza termo - acustica ; necessit di travi secondarie ; necessit di dispositivi di collegamento tra travi secondarie e vano scala in cemento

armato ;

necessit di controsoffittatura ; eccessivo ingombro dello spessore del pacchetto solaio.

La soluzione che si propone prevede invece limpiego preferenziale di solai

semiprefabbricati tralicciati a lastre BAUSTA messe in opera direttamente per semplice

appoggio sui puntelli provvisori, alleggerite tramite blocchi di polistirolo e completate da un

successivo getto di calcestruzzo. E possibile anche utilizzare, in alternativa, solai a struttura

mista latero - cementizia a nervature parallele prefabbricate con getto di completamento della

restante parte di nervatura e della soletta di collegamento in opera.

Anche qui saranno necessarie armature aggiuntive e rete elettrosaldata di ripartizione.

Questo tipo di solaio molto pi rigido, anche se pi pesante, del precedente e necessita di

una puntellatura che renda la lastra autoportante. Sorgono inconvenienti soprattutto nel nodo

trave - solaio, risolti per tutti agevolmente senza particolari difficolt, come illustrato nel

successivo capitolo.

In definitiva questa soluzione presenta i seguenti vantaggi :

presenza di armatura a taglio nelle nervature prefabbricate ; assenza di casseformi per il getto di completamento ; buona rigidezza del solaio ; assenza di travi metalliche secondarie ; ottima azione controventante orizzontale di piano ; accettabile coibenza termo - acustica ; assenza di controsoffittatura grazie alla semplice finitura dellintradosso delle travi o dei

travetti.

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Gli svantaggi principali sono invece :

necessit di puntelli provvisori ; maggiore peso unitario del solaio ; maggiore onerosit di montaggio delle travi ; scarsa permeabilit agli impianti ; necessit di macchine elevatrici in cantiere ; maggiore azione sismica.

2.2. Travi principali

Nella soluzione BASIS queste sono costituite da profili a [ pressopiegati e

imbullonati alle colonne. Lo schema statico quello di trave continua appoggiata alle

colonne, sulle quali sono trasferite solo azioni di taglio.

Le travi principali sono soggette ai carichi concentrati derivanti dallo scarico delle

travi secondarie ed il loro montaggio estremamente semplice.

I principali vantaggi che limpiego di queste travi offre sono :

facilit di montaggio ; leggerezza ; ispezionabilit ; permeabilit agli impianti ; ottima integrazione con gli altri elementi costruttivi.

Gli svantaggi possono invece ricondursi a :

presenza di ponti sonori e scarsa coibenza termo - acustica ; pericolo di instabilit dei profili e loro eccessiva deformabilit flessionale ; eccessivo spessore del pacchetto solaio. elevata esposizione allazione del fuoco.

La soluzione proposta utilizza invece travi principali semi - prefabbricate, con

limpiego di profili pressopiegati a freddo del tipo a [ non irrigiditi, intimamente annegati nel

calcestruzzo. Costruttivamente la trave principale viene realizzata in vari tronchi o elementi a

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seconda delle esigenze di carpenteria, sistemati in opera poggiandoli direttamente sulle piastre

collari presaldate alle colonne ; successivamente si opera il collegamento dei vari profili tra di

loro ed alle colonne per mezzo di bulloni a taglio.

In definitiva si ottiene in esercizio una trave piatta in c.a. nella quale sono annegati i

profili formati a freddo, che la irrigidiscono e collaborano con essa alla resistenza.

La trave sar staffata per risolvere quei problemi di discontinuit che spesso si

incontrano nelluso di elementi prefabbricati ; inoltre la staffatura (non avente funzione

statica) svolger unazione di confinamento e cerchiamento del nucleo in c.a.

I profili metallici contribuiscono altres alla resistenza al punzonamento, attraversando

il cono di rottura della trave.

Nel seguito, per lidentificazione delle travi principali, si utilizzer un codice

alfanumerico del tipo XX XX-XX/X, in cui le prime due lettere individuano la funzione

dellelemento strutturale (FS= Floor Structures) ; le due cifre che seguono definiscono

laltezza in centimetri, e quindi il livello di prestazione, dellelemento strutturale (24/ 30/ 36);

le successive due lettere individuano la posizione, allinterno dellimpalcato, dellelemento

strutturale (BE= Beam Eccentric ; BI= Beam Inside) ; lultima cifra (o le ultime due)

individua, nellambito della stessa classe prestazionale, la larghezza della sezione in

calcestruzzo, la larghezza delle ali dei profili metallici, lo spessore dei profili metallici e la

qualit dei materiali utilizzati (1 36). Lelenco completo delle tipologie della sezione trasversale riportato nelle tabelle del prontuario di calcolo.

I vantaggi che questa soluzione offre sono :

sufficiente coibenza termo - acustica ; collaborazione statica profili metallici - calcestruzzo ; ottima rigidezza della trave ; continuit trave - lastre BAUSTA ; nessun rischio di instabilit o eccessiva deformabilit dei profili ; incidenza minima delle opere di puntellamento ; basso rischio di punzonamento trave - colonna ; buona resistenza allazione del fuoco.

Gli svantaggi pi importanti risultano invece :

operazioni di montaggio ;

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operazioni in officina per il confezionamento degli elementi componenti ; operazioni di finitura a getto maturato.

2.3. Colonne in acciaio

Il metasistema BASIS presenta essenzialmente, come sezione tipo di colonna, profili

laminati a caldo HEB. La nostra proposta prevede invece la possibilit dimpiego di quattro

differenti tipi di sezione : sezione ad I , realizzata con profili laminati a caldo tipo HEA o

HEB o con una coppia di profili a [ irrigiditi formati a freddo accoppiati spalla a spalla, o

sezione ad , realizzata con profili cavi sagomati a freddo. Questa ampia gamma di possibili soluzioni consente la scelta di quella ottimale per far

fronte alle diverse esigenze che possono presentarsi nella realizzazione di un edificio civile

(statiche, architettoniche, estetiche, impiantistiche, ecc.).

Nel seguito, per lidentificazione delle colonne, si utilizzer un codice alfanumerico

del tipo XX XXX-XX/X, in cui le prime due lettere individuano la funzione dellelemento

strutturale (ES= Elevating Structures) ; le successive tre cifre individuano laltezza in

millimetri (e quindi il livello di prestazione) dellelemento strutturale, nonch tutti gli altri

parametri correlati alle strutture in elevazione (140-160-180...300) ; le successive due lettere

o simboli individuano la forma della sezione trasversale (HA, HB, ][ , ) ; lultima cifra individua la qualit del materiale che costituisce la colonna e la classe della bullonatura

(1, 2, 3). Rispetto al BASIS la nostra proposta richiede, a parit di luci coperte da solaio e

travi, limpiego di sezioni leggermente pi grandi, causa il maggior peso unitario del solaio

tipo BAUSTA rispetto a quello in lamiera grecata. Questo maggior peso unitario si risente in

generale sia a livello delle fondazioni che a livello del nucleo scala, a causa delle eventuali

maggiori azioni sismiche, oltre che , come detto, a livello delle colonne. Possiamo individuare

in questo maggior peso unitario uno degli inconvenienti maggiori del sistema proposto

rispetto alla soluzione BASIS, in generale pi leggera.

Si segnala infine per le colonne di questa soluzione lonere della sistemazione dei

collari e dei pioli, nonch dei dispositivi di collegamento delle travi longitudinali di bordo.

A fronte di ci si sottolinea per, come gi detto, una maggiore flessibilit alle diverse

esigenze progettuali e, non ultimo, una maggiore reperibilit sul mercato grazie alla

possibilit dimpiego di colonne in profili pressopiegati.

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2.4. Fondazioni

Con la soluzione proposta queste risultano maggiormente caricate rispetto alla

soluzione BASIS, ed quindi, in generale, richiesta una maggiore rigidezza del reticolo di

travi o della platea di fondazione.

2.5. Vano scale

Questo pu essere realizzato o con le tecniche tradizionali in calcestruzzo armato o a

struttura metallica. Il collegamento della struttura metallica a quella in calcestruzzo armato si

realizza tramite opportuni dispositivi metallici preannegati nelle pareti in calcestruzzo, i quali

permettono peraltro di ripristinare il modulo di progettazione su cui si basa la concezione del

sistema proposto.

Ricordiamo comunque che nella nostra soluzione le azioni sismiche, causa il maggior

peso dimpalcato, sono maggiori che nella soluzione BASIS.

2.6. Strutture di controvento

Tutta lazione sismica viene fatta assorbire dal nucleo scala in cemento armato,

essendo esso lelemento strutturale dotato di maggiore rigidezza. Leventuale momento

torcente associato allazione sismica si fa assorbire dai portali di controvento posti nelle

testate delledificio.

Nella soluzione BASIS questo portale tutto realizzato con elementi metallici ; nella

nostra soluzione, invece, il portale costituito da colonne metalliche, travi in cemento armato

irrigidite da profili metallici ed aste diagonali metalliche.

Sono completamente assenti i controventi di piano previsti dal BASIS, mentre si

prevedono solo aste metalliche di piccola sezione quali elementi diagonali e montanti di

controvento provvisori, collegate alle colonne per mezzo di pioli presaldati alle piastre collari.

2.7. Particolari costruttivi

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Anche la soluzione proposta continua a privilegiare collegamenti molto semplici quali

le bullonature, eseguibili anche da manodopera non specializzata ; rispetto alla soluzione

BASIS vengono a mancare le travi secondarie e quindi i collegamenti di queste alle travi

principali.

Restano invece invariate le tecnologie di collegamento e di realizzazione dei

controventi di facciata definitivi e di quelli provvisori di piano.