Università degli Studi di Napoli FEDERICO II DIST – Dipartimento di Ingegneria Strutturale...

Università degli Studi di Napoli Università degli Studi di Napoli “FEDERICO II”“FEDERICO II”

DIST – Dipartimento di Ingegneria Strutturale

CANDIDATOCANDIDATO

Pasquale Panico Pasquale Panico

Matr. 520/507Matr. 520/507

RELATORIRELATORI

Ch.mo. Prof. Ing. Federico M. MazzolaniCh.mo. Prof. Ing. Federico M. Mazzolani

Ch.mo. Prof. Ing. Raffaele LandolfoCh.mo. Prof. Ing. Raffaele Landolfo

CORRELATORICORRELATORI

Dr. Ing. Luigi FiorinoDr. Ing. Luigi Fiorino

Dr. Arch. Ornella IuorioDr. Arch. Ornella Iuorio

Progettazione antisismica multiprestazionale di pareti in CFS e pannelli basata su analisi dinamiche inelastiche

MOTIVAZIONI

Crescente utilizzo dei profili formati a freddo nell’edilizia residenziale di medie e piccole dimensioni, soprattutto nei paesi del nord America, in Australia, in nord Europa e in Spagna

Limitate applicazioni in zone sismiche

Limitati strumenti di progettazione sismica

OBIETTIVI / PIANIFICAZIONE DELLA RICERCAAdozione/Calibrazione

di un modelloanalitico-numerico Valutazione della risposta monotona

Valutazione della risposta ciclica

Analisi parametrica

Estesa analisi dinamica non lineare incrementale (IDA)

Creazione di abachi progettuali (nomogrammi) basati sulla IDA

Selezioni di pareti “significative” grazie all’utilizzo dei nomogrammi

Sviluppo di matrici prestazionali

Proposta di fattori di struttura da utilizzare in fase progettuale

O

B

I

E

T

T

I

V

I

La ricerca focalizza l’attenzione sul sistema ad aste, in quanto è il più diffuso e rappresentativo di tipologie strutturali maggiormente industrializzabili come il sistema a pannelli ed il sistema a moduli

HOUSING IN COLD-FORMED

LINGHAM COURT, Londra - Housing design awards 2005

Pareti in profili di acciaio formati a freddo e pannelli

HOUSING IN COLD-FORMED

L

H

s

Iholddown

ancoraggio a taglio

montanti

pannello

i

b guida superioreV

guida inferiore

fondazione

connessioni esterne

connessioni interne

VALUTAZIONE DELLA RISPOSTA MONOTONA

VALUTAZIONE DELLA RISPOSTA MONOTONA Le pareti resistenti a taglio subiscono uno spostamento laterale dovuto alla deformabilità dei diversi componenti strutturali che la compongono (Fiorino L., Iuorio O., Landolfo R., Sheathed cold-formed steel housing: a seismic design procedure, Thin-Walled Structures, Elsevier Science, in stampa):

= d1 + d2 + d3 + d4

btG

HFd

p1

dove H altezza della parete F la forza laterale G il modulo di elasticità tangenziale del materiale costituente il pannello b la larghezza del pannello tp lo spessore del pannello

a2

2

3 KL

HFd

dove H altezza della parete F la forza laterale L larghezza della parete Ka rigidezza assiale hold down

2

3

2 LA3E

H2Fd

dove H altezza della parete F la forza laterale L larghezza della parete E modulo di Young dell’acciaio A area complessiva della sezione trasversale dei montanti di estremità

Contributo allo spostamento laterale dovuto alla deformabilità delleconnessioni. Si può schematizzare una curva di risposta lineare(soluzione analitica) oppure, in alternativa, una curva di risposta nonlineare (soluzione numerica). Dato che il comportamento delleconnessioni e quindi della parete è fortemente non lineare e d4

rappresenta il maggiore contributo di deformazione, si è scelto diadottare una funzione non lineare

FF

d

F

d

V

V

Risposta lineare

d4

d1

d2

d3

Contributo allo spostamento laterale dovuto alla deformabilità a taglio del pannello, considerato come una lastra sottile caricata ai bordi

Contributo allo spostamento laterale dovuto alla deformabilità flessionale dei montanti (studs), la parete viene considerata come una mensola avente sezione trasversale costituita dai montanti di estremità

Contributo allo spostamento laterale dovuto alla deformabilità degli ancoraggi a trazione (hold down), la parete subisce una rotazione rigida

Risposta non lineare

Risposta lineare

Risposta non lineare

VALUTAZIONE DELLA RISPOSTA MONOTONA

dK

F

dKK1

dKKF(d) h

n

1n

0

h0

h0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60

d (mm)

F (kN)(dpeak, Fpeak)

(dult, Fult)

Fdddd

FFF(d) peakpeak

peakult

ultpeak

La simulazione della risposta monotona delle connessioni avviene utilizzando un legame di tipo Richard & Abbot (1975) valido fino al picco della resistenza e per il tratto degradante un legame lineare

K0

Kh

F0

n

dpeak

Kdegr

rigidezza iniziale

inclinazione della retta asintotica alla curva in (dpeak, Fpeak)

intersezione della retta asintotica con l’asse delle forze

parametro di forma

spostamento corrispondente alla massima resistenza

inclinazione del ramo degradante

VALUTAZIONE DELA RISPOSTA MONOTONA

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

0 2 4 6 8 10 12 14

d (mm)

F (kN) Single experimental testAverage experimental curveAnalytical curve

GWB connections

OSB connections

Prove sulle connessioni Prove sulle pareti

FASE SPERIMENTALE

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50

[mm]

V [kN/m]

Experimental testAnalytical curve

Fiorino L., Della Corte G., Landolfo R., Experimental tests on typical screw connections for cold-formed steel housing, Engineering Structures, Elsevier Science, 2007

Landolfo R., Fiorino L., Della Corte G., Seismic behavior of sheathed cold-formed structures: physical tests, Journal

of Structural Engineering., ASCE, 2006

CURVE DI RISPOSTA MONOTONA(ANALISI PARAMETRICA)

ANALISI PARAMETRICA

• Larghezza della parete L

(1200, 2400, 9600 mm)

• Altezza della parete H

(2400, 2700, 3000 mm)

• Spaziatura delle connessioni s

(50, 75, 100, 150 mm)

• Materiali di rivestimento

(GWB, OSB)

3

3

4

2

x

x

72configurazioni di parete

Per la valutazione dei vari componenti dello spostamento è stata effettuata

un’analisi parametrica, con i parametri variabili:

x

L

H

s

pannelli OSB pannelli GWB

ANALISI PARAMETRICA

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

[mm]

V [

kN/m

]

contributo connessionicontributo tagliocontributo HDcontributo stud

GWB+OSB 2700 50

GWB+OSB 2700 75

GWB+OSB 2700 100

GWB+OSB 2700 150

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

[mm]

V [

kN/m

]

L 1200L 2400L 9600

GWB+GWB 3000 50

GWB+GWB 3000 75

GWB+GWB 3000 100

GWB+GWB 3000 150GWB+OSB 2700 50 – d,conn 53,2% d,taglio 14,2% d,HD 23,6% d,stud 9,1%GWB+OSB 2700 75 – d,conn 58,5% d,taglio 10,4% d,HD 24,4% d,stud 6,7%GWB+OSB 2700 100 – d,conn 57,2% d,taglio 7,7% d,HD 27,6% d,stud 7,4%GWB+OSB 2700 150 – d,conn 65,4% d,taglio 5,9% d,HD 23,1% d,stud 5,7%

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

[mm]

V [

kN/m

]

GWB+OSB 2400GWB+OSB 2700GWB+OSB 3000

s 50

s 75

s 100

s 150

L

H

s

V [ kN/m ]

ANALISI PARAMETRICA

Parametri curve di risposta monotona per L 1200 mmparametri indipendenti

L = 1200 K0 Kh V0 n peak Vpeak

ult Vult Kdegr

GWB 2400 50 1,64 -0,54 52,40 2,70 29,06 28,36 38,97 23,68 -0,57GWB 2400 75 1,50 -0,16 25,26 2,60 24,37 18,90 35,22 15,78 -0,35GWB 2400 100 1,44 -0,03 15,75 2,63 21,28 14,18 33,02 11,83 -0,24GWB 2400 150 1,35 0,03 9,12 2,52 18,49 9,46 30,68 7,88 -0,16GWB 2700 50 1,32 -0,54 56,44 2,69 34,17 27,72 44,83 23,04 -0,52GWB 2700 75 1,21 -0,11 23,63 2,73 28,14 18,48 40,28 15,36 -0,30GWB 2700 100 1,17 -0,06 16,63 2,57 24,71 13,87 37,50 11,51 -0,22GWB 2700 150 1,10 0,02 9,07 2,53 21,28 9,25 34,66 7,67 -0,14GWB 3000 50 1,08 -0,36 49,83 2,83 39,78 27,22 51,08 22,53 -0,48GWB 3000 75 0,99 -0,17 27,14 2,64 32,53 18,15 45,56 15,02 -0,28GWB 3000 100 0,96 -0,06 16,64 2,63 28,38 13,61 42,19 11,26 -0,20GWB 3000 150 0,91 0,02 9,00 2,56 24,22 9,08 38,80 7,50 -0,12OSB 2400 50 2,37 -0,47 120,56 1,51 44,96 57,01 58,59 45,60 -0,84OSB 2400 75 2,15 -0,18 62,18 1,44 38,61 37,99 52,12 30,39 -0,56OSB 2400 100 2,04 -0,11 43,21 1,36 34,59 28,52 49,02 22,81 -0,40OSB 2400 150 1,39 -0,13 32,55 1,31 34,30 19,03 48,08 15,22 -0,28OSB 2700 50 2,17 -0,53 130,84 1,47 48,54 55,91 59,88 44,73 -0,99OSB 2700 75 1,76 -0,30 75,41 1,42 44,07 37,27 55,18 29,81 -0,67OSB 2700 100 1,27 -0,27 62,40 1,41 44,56 27,96 53,63 21,83 -0,62OSB 2700 150 1,14 -0,14 34,51 1,33 38,99 18,68 52,42 14,94 -0,28OSB 3000 50 1,80 -0,55 143,31 1,48 55,27 54,99 70,03 41,60 -0,75OSB 3000 75 1,67 -0,22 68,49 1,41 46,74 36,69 62,29 29,35 -0,47OSB 3000 100 1,05 -0,28 68,38 1,42 51,10 27,54 63,03 22,03 -0,46OSB 3000 150 0,94 -0,12 34,16 1,35 44,00 18,36 55,28 14,68 -0,33

VALUTAZIONE DELLA RISPOSTA CICLICA

MODELLO ADOTTATO

RAMO DI CARICO

Non lineare (funzione Richard & Abbot)• K0, Kh, n, V0 curva limite superiore

• K0p, Khp, np, V0p curva limite inferiore

• t1, t2, DF parametri ciclici

Lineare decrecente• Kdegr inclinazione• peak spostamento corrispondente alla sua attivazione

RAMO DI SCARICO

Lineare con inclinazione K0 fino alla retta passante per l’origine parallela alla retta di incrudimento

• K0 rigidezza iniziale


peak

kdegr

V

K

VKK

1

KK)V( h

n

1n

0

h0

h0

VVV

)V( peakpeakpeakult

ultpeak

Il degrado di resistenza è stato valutato attraverso il parametro DF che riduce il valore di V0, secondo la metodologia proposta da Park e Ang (Park, 1989):

V0, rid = V0 (1-DF)

tkkkk p00p0t0

tVVVV p00p0t0

tkkkk hphhpht

tnnnn pppt

t = t (t1, t2, λ)


t1, t2, λ, DF sono parametri ciclici che sono stati definiti in maniera tale che le curve

e le energie dissipate della prova ciclica sperimentale e della prova ciclica simulatafossero il più possibile simili tra loro. Tali parametri sono stati ritenuti validi pertutte le configurazioni di parete

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

mm

kN

/m

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

mm

kN

/m

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

N° cicli

En

erg

ia [

kN/m

mm

]risultato sperimentale

risultato modellazione

risposta sperimentale

risposta numerica

MODELLO

vs

COMPORTAMENTO REALE

Parametri curve limiti superiori (modifica curve monotone) per L 1200 mm


m m

m m

m m m

m m m

parametri indipendenti

Parametri ciclici

Valori assunti

t1 12

t2 0,8

λ 0,9

DF 0,1

L = 1200 K0 Kh V0 n peak Kdegr Vpeak Vult

GWB 2400 50 1,10 0,00 46,11 2,70 43,59 -0,38 36,32 29,05GWB 2400 75 1,00 0,00 22,23 2,60 36,56 -0,23 20,26 16,21GWB 2400 100 0,97 0,00 13,86 2,63 31,92 -0,16 13,27 10,62GWB 2400 150 0,90 0,00 8,03 2,52 27,74 -0,10 7,85 6,28GWB 2700 50 0,88 0,00 49,66 2,69 51,26 -0,35 36,55 29,24GWB 2700 75 0,81 0,00 20,80 2,73 42,21 -0,20 19,12 15,30GWB 2700 100 0,78 0,00 14,63 2,57 37,07 -0,15 13,76 11,01GWB 2700 150 0,74 0,00 7,98 2,53 31,92 -0,09 7,78 6,23GWB 3000 50 0,72 0,00 43,85 2,83 59,67 -0,32 34,04 27,23GWB 3000 75 0,67 0,00 23,88 2,64 48,80 -0,19 20,78 16,62GWB 3000 100 0,65 0,00 14,64 2,63 42,57 -0,13 13,70 10,96GWB 3000 150 0,61 0,00 7,92 2,56 36,33 -0,08 7,71 6,17OSB 2400 50 1,59 0,00 106,09 1,51 67,44 -0,56 67,32 53,86OSB 2400 75 1,44 0,00 54,72 1,44 57,92 -0,38 40,43 32,34OSB 2400 100 1,37 0,00 38,02 1,36 51,89 -0,26 29,25 23,40OSB 2400 150 0,93 0,00 28,64 1,31 51,45 -0,18 20,93 16,74OSB 2700 50 1,46 0,00 115,14 1,47 72,81 -0,66 68,86 55,09OSB 2700 75 1,18 0,00 66,36 1,42 66,11 -0,45 43,89 35,11OSB 2700 100 0,85 0,00 54,92 1,41 66,84 -0,41 34,16 27,33OSB 2700 150 0,76 0,00 30,37 1,33 58,49 -0,19 21,31 17,05OSB 3000 50 1,21 0,00 126,11 1,48 82,91 -0,50 69,60 55,68OSB 3000 75 1,12 0,00 60,27 1,41 70,11 -0,32 41,53 33,22OSB 3000 100 0,70 0,00 60,17 1,42 76,65 -0,31 34,80 27,84OSB 3000 150 0,63 0,00 30,06 1,35 66,00 -0,22 20,79 16,63

ANALISI PARAMETRICA CICLICA

CASO STUDIO

Edificio con struttura ad aste in cold-formed e pannelli, di un piano con e senza sottotetto con due diverse piante: 2x2 mod e 3x3 mod


L

L

Ipotizzando diversi valori per la percentuale dei vuoti (0,3 ; 0,6) e per L (3 ÷ 7 m) si è proceduto con l’analisi dei carichi individuando valori dei pesi sismici pari a 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 kN/m

mod mod

mod mod

mod mod mod

)Q(G kjj2jki ψ

carichi permanenti al loro valore caratteristico

coefficiente di combinazione che fornisce il valore quasi-permanente dell’azione variabile Qj

valore caratteristico delle azioni variabili posto pari a 2 kN/mq

dove Gki

ψ2j

Qkj

mod mod mod

mod mod mod


m m m

m m m

m m m

Parametri variabili:

• Larghezza della parete L : 1200, 2400, 9600 mm

• Altezza della parete H : 2400, 2700, 3000 mm

• Spaziatura delle connessioni s : 50, 75, 100, 150 mm

• Materiali di rivestimento: GWB, OSB

• Peso sismico M : 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 kN/m

• Categorie di suolo: A, B, C

• Accelerogrammi: 7 per ogni suolo

• Moltiplicatori PGA : 50 variabili da 0,01g a 3,00g

7

3

7

50

x

x

x

x

529200Analisi effettuate

72504

M

Truss element EA ≈ ∞

Richard Abbott element v()

Ground acceleration a(t)

F

h = 2800 mm

v

t

a

Modello numerico adottato per schematizzare la parete come un sistema ad un grado di libertà. Il comportamento isteretico a carichi laterali è descritto da un elemento Richard & Abbot

SELEZIONE DELL’INPUT SISMICO (O.P.C.M. 3431 del 03/05/2005)RELUIS (Rete dei Laboratori Universitari di Ingegneria Sismica)Iervolino I., Maddaloni., Cosenza. (2006) “ Accelerogrammi naturali per l’analisi delle strutture secondo l’O.P.C.M. 3431” 21 registrazioni, 7 per ciascuna delle categorie di suolo A, B, e C

SUOLO

A

B

C

Le registrazioni accelerometriche sono relative ad eventi verificatisi in diverse regioni europee e mediterranee e sono caratterizzate da una magnitudo medio-alta variabile tra 5.8 e 7.6


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

T [sec]

Sa

/PG

A

A-000182XA A-000201YA A-000290XA

A-001255YA A-001707YA A-005819YA

A-005820YA Spettro medio Spettro di progetto

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

T [sec]

Sa

/PG

A

B-000232XA B-000291YA B-000300YA

B-000476YA B-001214XA B-002030XA

B-006039XA Spettro medio Spettro di progetto

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

T [sec]

Sa

/PG

A

C-000203XA C-000335YA C-000439YA

C-000479XA C-000600YA C-001726YA

C-005794XA Spettro medio Spettro di progetto

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020/H

Sae

ANALISI DINAMICA INCREMENTALE (IDA)

Registrazione B-000232XA


-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0 5 10 15 20 25 30t [s]

a /g

PGA 0.10 g

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0T [s]

PGA 0,10g

PGA 0,60g

PGA 0,95g

T

Sae,0.60

Sae,0.95

Sae,0.10

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-30 -20 -10 0 10 20 30 [mm]

V [kN]PGA 0,10g

Risposta V- parete

max

Sae,0.10g

Sae,0.10g

Sae,0.95g

-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0 5 10 15 20 25 30t [s]

a /g

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-30 -20 -10 0 10 20 30 [mm]

V [kN]PGA 0.60g 0,60g

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

-30 -20 -10 0 10 20 30 [mm]

V [kN]PGA 0,95g

-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0 5 10 15 20 25 30t [s]

a /g

PGA 0.60 gPGA 0.95 g

max

max


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,010

0,011

0,012

0,013

0,014

0,015

0,016

0,017

0,018

0,019

0,020

0,021

0,022

0,023

0,024

0,025

/H

Sa/gA-000182XA

A-000201YA

A-000290XA

A-001255YA

A-001707YA

A-005819YA

A-005820YA

B-000232XA

B-000291YA

B-000300YA

B-000476YA

B-001214XA

B-002030XA

B-006039XA

C-000203XA

C-000335YA

C-000439YA

C-000479XA

C-000600YA

C-001726YA

C-005794XA

CURVE IDA per L 1200 mm GWB+GWB H 2400 mm s 50 mm M 10 kN/m (1 di 504)

METODOLOGIA DI PROGETTO

METODOLOGIA DI PROGETTO BILINEARE EQUIVALENTE

Si ottiene a partire dalla curva di risposta monotona, imponendo il passaggio della curva per il punto ( Vel , el ) , il valore Vy si trova imponendo che le aree sottese alle due curve siano uguali. (Branston et al., 2006)

el

STATI LIMITE

Ai fini del progetto e/o verifica si definiscono i seguenti stati limite: y peak

ult 0

V

Vel

Vy Vult

Vpeak

Stato limite elastico corrispondente al raggiungimento del valore della forza Vel pari al 40 %

della massima resistenza e del relativo spostamento el

Stato limite di snervamento corrispondente al raggiungimento del valore della resistenza al

limite elastico Vy considerando la curva bilineare equivalente

Stato limite corrispondente al raggiungimento del massimo valore della resistenza del

sistema e relativo spostamento peak

Stato limite ultimo corrispondente al raggiungimento del valore massimo dello spostamento

ult e della resistenza pari all’80% di Vpeak

curva bilineare equivalentecurva di risposta monotona


APPROCCIO ALLA PROGETTAZIONE

Parametri fissati

Larghezza parete ( L )

Altezza parete ( H )

Interasse montanti ( I )

Tipo, spessore, orientamento del pannello

Tipo, spaziatura interna ( i ) e distanza dal bordo delle connessioni

Tipo di acciaio e dimensioni montanti e travi

Tipo di ancoraggio hold down

Tipo di ancoraggio a taglio

Parametro variabile

Spaziatura delle connessioni sul bordo esterno s

FASI DELLA PROGETTAZIONE

1. Definizione parametri geometrici della parete

2. Scelta spaziatura delle connessioni sul bordo esterno s

3. Verifica scelta della spaziatura effettuata

L

H

s

I

holddown

ancoraggio a taglio

montanti pannello

i

pannelli OSB pannelli GWB


Peso sismico M

Tipo di suolo(accelerogramma)

Spaziatura si

Curva di capacità y , peak , ult

Curva di domanda

Capacità y , peak , ult

Domanda

Probabilità di eccedenza

50%/50 , 10%/50 , 2%/50

Zona sismica(intensità ag)

C>D

FINE

SI

NO

si+1<si

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

d [mm]

4 - s 150 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7

2 - s 75 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M73 - s 100 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7

1 - s 50 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7

0,60

0,50

0,55

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

5

10

15

20

25

30

ag

F [KN]

35

40

45

50

55

60

1

3

2

4

s 75

s 50

s 100s 150

c<Dc>D

nomogramma diagramma di flusso L 1200 mm, GWB+OSB, H 2400 mm, SUOLO A

Nel singolo nomogramma sono fissati la categoria di suolo, la larghezza della parete, l’altezza della parete ed il tipo di panello utilizzato, il peso sismico e la spaziatura variano

0,14

[mm]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

[mm]

5

10

15

20

25

30

ag

F [KN]

35

40

45

50

55

60

V [KN/m]

MATRICI PRESTAZIONALI

In accordo con l’O.P.C.M. 3431 in fase di progetto e/o verifica deve risultare che la domanda sismica sia inferiore alla capacità sismica. Le curve IDA e le curve monotone possono essere considerate rispettivamente curve di domanda e curve di capacità.

E’ possibile associare ad ogni valore dello spostamento y, peak, ult (capacità) un livello prestazionale (stato limite) a cui corrisponde una certa probabilità di eccedenza dell’evento sismico.


Tale associazione è frutto del fatto che, al diminuire della probabilità di eccedenza, ossia all’aumentare di ag (un dato evento sismico è meno probabile che si verifichi all’aumentare della sua intensità), si deve far corrispondere un livello prestazionale che la struttura in cold-formed deve garantire, tanto gravoso quanto meno probabile sia che venga richiesto nell’arco della vita nominale dell’edificio

Spostamento

(capacità)

Livello

prestazionaleProbabilità

di eccedenzaPeriodo di

ritornoZona

1

Zona

2

Zona

3

yImmediate Occupancy

50%/50 anni 72 0,06g 0,10g 0,14g

peak

Life

Safety10%/50 anni 475 0,15g 0,25g 0,35g

ult

Collapse

Prevention2%/50 anni 2475 0,23g 0,38g 0,53g


Si è operata una scelta tra le 504 configurazioni di parete investigate attraverso la definizione di coefficienti di prestazione

p (IO) = y

p (LS) = peak

p (CP) = ult

y

peak

ult

p (IO)p (LS)p (CP)

dove spostamento per l’i-esimo livello prestazionale (domanda)spostamento per il livello prestazionale IO (capacità)spostamento per il livello prestazionale LS (capacità)spostamento per il livello prestazionale CP (capacità)coefficiente di prestazione per IOcoefficiente di prestazione per LScoefficiente di prestazione per CP


GWB + GWB GWB + OSB

57% 61%

1° CASO

p (IO), p (LS), p (CP) : p [ 0,5 ; 1 ]

Sono state selezionate tutte le configurazioni di parete in cui 0,5 < p < 1 per tutti e tre i livelli prestazionali in quanto ben dimensionate Per p < 0,5 le pareti sono sovradimensionate2° CASO

p (IO), p (LS), p (CP) : p ≤ 1 ; p (IO), p (LS), p (CP) : p [ 0,7 ; 1 ]

GWB + GWB GWB + OSB

78% 75%

Come prima operazione sono state scartate le configurazioni di parete in cui p > 1 in quanto sottodimensionate

Sono state selezionate tutte le configurazioni di parete in cui 0,7 < p < 1 per almeno un livello prestazionale ammettendo per gli altri due un sovradimensionamento Per p < 0,7 le pareti sono sovradimensionate


1° CASO - Pareti GWB+GWB1° CASO - Pareti GWB+OSB2° CASO - Pareti GWB+GWB2° CASO - Pareti GWB+OSB

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

1,55

1,60

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

2,15

2,20

2,25

2,30

2,35

2,40

2,45

2,50

2,55

2,60

2,65

2,70

IO

Fre

quen

t e

arth

quak

es

50%

/50

ye

ars

Rar

e ea

rth

quak

es10

%/5

0 y

ear

sV

ery

rare

ea

rthq

uake

s2%

/50

yea

rs

/H (%)

LS

CP

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

1,55

1,60

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

2,15

2,20

2,25

2,30

2,35

2,40

2,45

2,50

2,55

2,60

2,65

2,70

IO

Fre

quen

t e

arth

quak

es

50%

/50

ye

ars

Rar

e ea

rth

quak

es10

%/5

0 y

ear

sV

ery

rare

ea

rthq

uake

s2%

/50

yea

rs

/H (%)

LS

CP

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

1,55

1,60

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

2,15

2,20

2,25

2,30

2,35

2,40

2,45

2,50

2,55

2,60

2,65

2,70

Fre

quen

t ea

rthq

uak

es

50%

/50

yea

rsR

are

eart

hqu

akes

10%

/50

yea

rsV

ery

rare

ea

rthq

uake

s2%

/50

year

s

/H (%)

IO

LS

CP

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

1,55

1,60

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

2,15

2,20

2,25

2,30

2,35

2,40

2,45

2,50

2,55

2,60

2,65

2,70

IO

Fre

quen

t ea

rthq

uak

es

50%

/50

yea

rsR

are

eart

hqu

akes

10%

/50

yea

rsV

ery

rare

ea

rthq

uake

s2%

/50

year

s

/H (%)

LS

CP

PROPOSTA DI FATTORI DI STRUTTURA


Vel

0 el

V

Sa/g

Sa el

Vy

Sa y

y

Vult

Sa ult

ult

Vpeak

Sa peak

peak

Il fattore di struttura rappresenta un fattore di riduzione che consente di ridurre le azioni di progetto ipotizzando per semplicità un comportamento di tipo elastico

q1 =

Sa peak

Sa y

q2 =

Sa ult

Sa peak

(sovraresistenza) (duttilità)

q3 = q1 x q2 = x =Sa ult

Sa y

Sa peak

Sa y

Sa ult

Sa peak

(sovraresistenza e duttilità)

Livello Prestazionale

Fattore di struttura

IO 1

LS q1

CP q3


Dalle 529200 analisi, prese in considerazione solo le configurazioni di parete significative, si ottiene:

Coefficiente di prestazione Tipo di parete q1 q2 q3

GWB+GWB 2,4 1,4 3,4

0,5 < p < 1 GWB + OSB 2,5 1,2 3,1

GWB+GWB

GWB+OSB2,5 1,3 3,3

GWB+GWB 2,2 1,3 2,9

0,7 < p < 1 GWB+OSB 2,3 1,2 2,8

GWB+GWB

GWB+OSB2,3 1,3 2,9

2 3

CONCLUSIONI

Fattori di struttura Le pareti in CFS rivelano una discreta capacità sismica offrendo adeguati margini di sicurezza, per cui risulta possibile progettare ipotizzando un comportamento elastico sotto eventi sismici di progetto con l’utilizzo di un fattore di struttura q = 1 per il livello

prestastionale di immediate occupancy (probabilità di eccedenza del 50%/50 anni) , q1 = 2 per il livello prestazionale di life safety (probabilità di eccedenza del 10%/50 anni) e q3 = 3 per il livello prestazionale di collapse prevention (probabilità di eccedenza del 2%/50 anni)

FUTURI SVILUPPI

Confronto risultati ottenuti con quelli derivanti da modelli di risposta ciclica semplificati

Estensione dell’analisi dinamica non lineare parametrica a pareti di diverso materiale

Proposta di criteri progettuali per pareti in CFS e pannelli per carichi verticali

Strumenti utili alla progettazione Possibilità di progettare rapidamente tramite l’uso di nomogrammi la spaziatura delle connessioni lungo il bordo utilizzando un’analisi dinamica non lineare incrementale

GRAZIE PER L’ATTENZIONE!!!

Università degli Studi di Napoli FEDERICO II DIST – Dipartimento di Ingegneria Strutturale...

Documents

Transcript of Università degli Studi di Napoli FEDERICO II DIST – Dipartimento di Ingegneria Strutturale...