Scala
Verificato da
Data
Repertorio/Posizione
Progetto Definitivo
0
1
2
3
BVN Donovan HillStudio Tecnico Gruppo MarcheOttaviani AssociatiMassimo Cocciolito
4
N. Descrizione Data
BVN Donovan Hill - Arch. A.GalvinStudio Tecnico Gruppo Marche - Arch. A.Castelli
Coordinamento
ArchitetturaLayout Sanitario, Computo, Capitolato:Studio Tecnico Gruppo MarcheArch. A.Castelli Collaboratori: Arch. P.Cercone, Arch. C.Contigiani, Ing. M.Rotelli, Ing. S.Bellesi
Facciate, Finiture, Esterni:BVN Donovan Hill - Arch. N.Logan Collaboratori: Arch. M.MontevecchiOttaviani Associati - Arch. A.Ottaviani Collaboratori: Arch. F.PatriziArch. M.Cocciolito
Architettura
Strutture ImpiantiStudio Tecnico Gruppo MarcheIng. M.Angeletti Collaboratori: Ing. C.Antolini, Ing. F.Cioppettini
Studio Tecnico Gruppo MarcheIng. A.Trapè Collaboratori: Ing. I.Gasparetti, Ing. F.Cioppettini
Come indicato
F1/2
Strutture
11/08/2014
20/10/2014
Prima emissione
Riesame per validazione
GM_2751/01
Ristrutturazione e ampliamento dell'ospedale diCattinara. Realizzazione della nuova sede
dell'I.R.C.C.S. Burlo Garofolo
2014
AC
TRIESTE
NUVO OSPEDALE BURLO GAROFOLORELAZIONE SPECIALISTICA ECALCOLI DELLE STRUTTURE
Progettisti BVN Donovan Hill
Studio Tecnico Gruppo Marche Ottaviani Associati
Massimo Cocciolito
COMUNE DI TRIESTE
AZIENDA OSPEDALIERO - UNIVERSITARIA ‘OSPEDALI RIUNITI’ TRIESTE
I.R.C.C.S. BURLO GAROFOLO
RIQUALIFICAZIONE DELL’OSPEDALE DI CATTINARA E NUOVA
SEDE DELL’OSPEDALE PEDIATRICO I.R.C.C.S. BURLO GAROFOLO
PROGETTO DEFINITIVO
NUOVO OSPEDALE BURLO GAROFOLO
RELAZIONE SPECIALISTICA E CALCOLI DELLE STRUTTURE
(Revisione 1 - 20/10/2014)
2
Sommario RELAZIONE ILLUSTRATIVA ................................................................................................ 3
CRITERI DI CALCOLO............................................................................................................ 6
NORMATIVE DI RIFERIMENTO ........................................................................................... 8
PRESCRIZIONI SUI MATERIALI ........................................................................................... 9
PRESTAZIONI DI PROGETTO, CLASSE DELLA STRUTTURA, VITA UTILE E PROCEDURE DI QUALITÀ .................................................................................... 17
ANALISI DEI CARICHI E COMBINAZIONE DELLE AZIONI ......................................... 18
ANALISI SVOLTA ................................................................................................................. 32
ANALISI DEI MODELLI STRUTTURALI AGLI ELEMENTI FINIT I ............................... 36
SINTESI DEI RISULTATI (relazione di accettabilità) ........................................................... 95
CORPO A: VERIFICA SPOSTAMENTI SLD ....................................................................... 96
CORPO A: VERIFICASPOSTAMENTI SLO ........................................................................ 98
CORPO B: VERIFICA SPOSTAMENTI SLD...................................................................... 100
CORPO B: VERIFICASPOSTAMENTI SLO....................................................................... 102
CORPO C: VERIFICA SPOSTAMENTI SLD...................................................................... 104
CORPO C: VERIFICASPOSTAMENTI SLO....................................................................... 106
CORPO D: VERIFICA SPOSTAMENTI SLD ..................................................................... 108
CORPO D: VERIFICASPOSTAMENTI SLO ...................................................................... 110
VERIFICA PILASTRI ........................................................................................................... 112
CORPO A: VERIFICA SETTI IN C.A. ................................................................................. 119
CORPO B: VERIFICA SETTI IN C.A. ................................................................................. 137
CORPO C: VERIFICA SETTI IN C.A. ................................................................................. 150
CORPO D: VERIFICA SETTI IN C.A. ................................................................................. 160
VERIFICA SOLAI ................................................................................................................. 172
VERIFICA ELEMENTI DELLA SCATOLA DI FONDAZIONE ....................................... 185
Verifiche pilastri ................................................................................................... 185
Verifiche setti ....................................................................................................... 190
Verifiche Platea ................................................................................................... 203
VERIFICA GEOTECNICA ................................................................................................... 211
VERIFICA PARATIA ........................................................................................................... 215
3
RELAZIONE ILLUSTRATIVA
La presente progettazione ha per oggetto la struttura portante del nuovo ospedale
infantile Burlo Garofolo.
La struttura ospedaliera ha cinque impalcati in elevazione, quattro piani più la
copertura, e due piani interrati adibiti a parcheggio. In elevazione l’ospedale ha uno
sviluppo in pianta di circa 5000m2 a piano, mentre i due piani interrati hanno uno sviluppo
di circa 11300m2 al livello 0 e di circa 14000m2 al livello 1.
In elevazione, cioè dal secondo livello all’impalcato del settimo livello, il corpo
ospedaliero risulta suddiviso in quattro strutture indipendenti separate tra loro da idonei
giunti sismici. I due piani interrati invece sono due corpi strutturali con muri controterra
perimetrali, separati da un giunto, che si fondano rispettivamente a quota 244.90 e a quota
248.45 m.s.l.m.m.. I corpi interrati sono stati giuntati in modo che ciascun corpo abbia la
fondazione sullo stesso livello, ma nel complesso costituiscono una struttura interrata
scatolare molto rigida che determina la posizione dello zero sismico in corrispondenza del
secondo livello (piano terra), così da poter sfruttare al meglio i muri di contenimento. Gli
effetti delle variazioni termiche nei piani interrati sono limitati grazie ad uno strato di
massicciata che sarà presente come copertura del livello primo del parcheggio, quindi
sotto la pavimentazione esterna, per cui i piani adibiti a parcheggio non saranno soggetti a
gradienti termici importanti.
I due piani interrati dell’edificio saranno costituiti da due scatole in c.a. con setti e pilastri a
reggere i solai e muri controterra anch’essi in c.a. I solai di piano saranno una soletta
piena dello spessore di 40cm con elementi di alleggerimento nelle zone centrali e tutta una
fascia piena nella zona di appoggio dei pilastri. La platea di fondazione del nuovo
Ospedale avrà uno spessore 180cm sulla proiezione dell’edificio in elevazione e di 90cm
nelle restanti porzioni in modo da evitare pericolosi fenomeni di cedimento differenziale
grazie all’elevata rigidezza e allo stesso tempo ottenere una buona portanza geotecnica
grazie alla geometria della fondazione.
In elevazione i quattro corpi giuntati avranno la medesima impostazione strutturale, con la
differenza che nelle zone centrali verranno utilizzati pilastri di dimensione 40x40 costituiti
da tubolari cavi di acciaio di opportuno spessore riempiti in opera di calcestruzzo ad alta
resistenza. Tali pilastri raggiungono delle resistenze molto alte grazie all’effetto
confinamento che il tubo d’acciaio esercita nel cls interno. Particolare attenzione verrà
posta nell’appoggio del solaio al pilastro dove, per evitare fenomeni di punzonamento,
4
sono previste piastre completamente annegate nel getto che allargano la base di appoggio
del pilastro.
Lo schema statico dei corpi in elevazione è quello tipico di una struttura a setti, in cui i
setti in c.a. hanno la funzione di controventare la struttura alle azioni orizzontali, mentre i
pilastri sono delle bielle che ricevono solo carichi verticali. Anche in elevazione è stato
scelto di utilizzare un solaio a piastra con delle zone di alleggerimento nelle campate
centrali; questa tipologia di solaio permette di sfruttare delle ampie luci senza dover avere
travi calate e con un’importante risparmio in termini di velocità di esecuzione.
In elevazione i setti sono stati disposti in modo da avere il centro di massa coincidente o
perlomeno quanto più possibile vicino al centro di rigidezza della struttura; in questo modo
si limitano gli effetti torsionali che si manifestano quando si ha una concentrazione di
rigidezza concentrata in una determinata zona del fabbricato. Gli effetti torsionali, infatti,
sono i più dannosi per l’edificio in quanto la struttura non risponde in maniera omogenea,
vengono sollecitati in modo non uniforme i vari elementi e non si ottiene la massima
dissipazione di energia. Avere un edificio torsionalmente disaccoppiato (cioè un edificio
che ha i primi modi di vibrare traslazionali) permette di sfruttare appieno le risorse di
duttilità, dissipando quindi gran parte dell’energia sismica.
La resistenza e la rigidezza flessionali sono state distribuite equamente secondo le due
direzioni ortogonali, senza privilegiarne una in particolare, assicurando così un buon
comportamento della struttura qualunque sia la direzione del moto sismico.
Per limitare al massimo gli effetti torsionali, infine, si è ritenuto necessario garantire
resistenza e rigidezza torsionali elevate in modo da ridurre il rischio che spostamenti
differenziati dovuti a tali effetti nei diversi elementi strutturali inducano sollecitazioni non
uniformi.
Il vento per la struttura in esame è stato trascurato in quanto la forza sismica
orizzontale è di almeno un ordine di grandezza maggiore.
La destinazione d’uso di progetto della struttura è quella di un ambiente suscettibile di
affollamento, Cat. C1 delle NTC 2008, e in accordo con la committenza, verrà considerata
di interesse strategico , considerando una Vita Nominale di 100 anni e classe d’uso IV.
Il nuovo Ospedale Burlo Garofolo è stato progettato secondo i criteri di antisismica
dettati dalle Nuove Norme Tecniche sulle Costruzioni (NTC 2008) considerando che la
nuova struttura ha importanza strategica. Per la determinazione dell’azione sismica è stato
5
fatto riferimento all’approccio “sito-dipendente” proposto dalle NTC 2008, tenendo conto
delle pericolosità sismica di base e delle eventuali amplificazioni locali.
La struttura è stata modellata con un codice di calcolo agli elementi finiti utilizzando sia
elementi beam per simulare il comportamento di pilastri e travi, sia elementi shell per i
setti. Si è proceduto quindi con una analisi numerica di tipo dinamico modale al fine di
determinare le sollecitazioni e gli spostamenti per i carichi verticali e sotto l’azione sismica
di normativa. Successivamente sono state determinate le sollecitazioni di inviluppo, sia dei
carichi verticali sia delle azioni sismiche, considerando le combinazioni di carico come da
normativa. Per ogni combinazione sono state effettuate le verifiche relative agli stati di
sollecitazione e di deformazione.
6
CRITERI DI CALCOLO
Le sollecitazioni agenti sulla struttura sono dovute al peso proprio, all’azione sismica
e ai carichi permanenti e accidentali, la loro valutazione è stata eseguita mediante i metodi
derivanti dalla Scienza delle Costruzioni. Più precisamente, sono state ritenute valide le
ipotesi di base della teoria tecnica della trave per quanto riguarda gli elementi prismatici
(travi e pilastri) che costituiscono i telai; si è proceduto ad un calcolo agli elementi finiti per
la valutazione degli stati tensionali nelle parti strutturali discretizzando le stesse in elementi
“trave” ed utilizzando un modello tridimensionale analizzato mediante il software dedicato
ENEXSYS ( Ditta produttrice: En.Ex.Sys. s.r.l. - Via Tizzano 46/2 - Casalecchio di Reno,
Bologna – N° di serie 2003GMSRVZ e 2003GMSRV1 versione 2011 033).
Il progetto è stato sviluppato in classe di duttilità bassa CD”B”. La differenza tra le due
classi di duttilità CD”A” e CD”B” in cui la norma divide e classifica gli edifici che presentano
un comportamento strutturale dissipativo nei confronti dell’azione sismica risiede nell’entità
delle plasticizzazioni cui ci si riconduce in fase di progettazione; in ogni caso, al fine di
assicurare alla struttura un comportamento dissipativo e duttile, evitando quindi rotture
fragili e la formazione di meccanismi instabili imprevisti, si fa ricorso ai procedimenti tipici
della gerarchia delle resistenze.
Le analisi vengono effettuate per gli stati limite ultimi, per lo stato limite di danno e di
operatività combinando insieme azioni verticali e azioni sismiche; mentre per gli stati limite
di esercizio si considerano solo le azioni verticali come richiesto dalla Normativa.
Per quanto riguarda gli SLU si è preso in considerazione lo stato limite ultimo in
assenza di azione sismica e di salvaguardia della vita SLV per la combinazione sismica, il
quale prevede che sotto l’azione di un sisma “violento” con un tempo di ritorno TR = 1898
anni - classe d’uso IV e Vn=100anni - la struttura, pur essendo totalmente danneggiata,
mantenga una residua resistenza e rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali e l’intera
capacità portante nei confronti dei carichi verticali. Inoltre le sollecitazioni dovute all’azione
sismica sono state calcolate mediante l’analisi dinamica modale lungo le due direzioni
ortogonali. Per quanto concerne le verifiche di resistenza allo stato limite ultimo, si è
ricorso ad una valutazione di tipo sezionale, tenendo conto del comportamento non lineare
dei materiali e confrontando l’azione di progetto con la resistenza di progetto, cioè la
richiesta di prestazione della struttura.
7
Allo SLD si verifica, invece, che la costruzione nel suo complesso, compresi gli
impianti, non subisca danni gravi a seguito di eventi sismici che abbiano una probabilità di
accadimento superiore a quella dell’azione sismica di progetto allo SLV.
Allo SLO si verifica che l’azione sismica di progetto non produce danni agli elementi
costruttivi senza funzione strutturale tali da rendere temporaneamente non operativa la
costruzione.
Lo studio degli stati di tensione locali agli stati limite di esercizio viene affrontato
applicando il metodo “n”, assumendo l'incapacità del calcestruzzo di resistere a trazione e
considerando un coefficiente di omogeneizzazione tra acciaio e calcestruzzo pari a 15 per
tener conto anche degli effetti viscosi del calcestruzzo. In particolare allo SLE sono state
condotte la verifica di fessurazione e il controllo delle tensioni in esercizio, nonché quelle
di deformabilità quando non automaticamente soddisfatte.
Le verifiche di resistenza del terreno sono state effettuate in base alle classiche
teorie della geotecnica relative alla portanza dei terreni, cioè tenendo conto dei termini
attritivi, coesivi e di confinamento come caratteristiche resistenti da confrontare con le
sollecitazioni scaricate.
8
NORMATIVE DI RIFERIMENTO
Legge 5 novembre 1971 N. 1086 - Norme per la disciplina delle opere in
conglomerato cementizio armato normale e precompresso ed a struttura metallica.
Circolare Ministero dei lavori Pubblici 14 Febbraio 1974, N.11951 - “Applicazione
delle norme sul cemento armato”.
Circolare Ministero dei lavori Pubblici 25 Gennaio 1975, N.13229 - “L’impiego di
materiali con elevate caratteristiche di resistenza per cemento armato normale e
precompresso.
CNR - UNI 10011-97 - “Costruzioni di acciaio: Istruzioni per il calcolo, l'esecuzione, il
collaudo e la manutenzione”.
CNR 10016-2000 - “Strutture composte da acciaio e calcestruzzo istruzioni per
l’impiego nelle costruzioni”.
CNR-DT 207/2008- “Istruzioni per la valutazione delle azioni e degli effetti del vento
sulle costruzioni”.
EUROCODE 2 - “Design of concrete structures”
EUROCODE 3 - “Design of steel structures”
EUROCODE 8 - “Design of structures for earthquake resistance”
NORME TECNICHE PER LE COSTRUZIONI – D.M. del 14 Gen naio 2008 -
“Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni”
Circolare del 2 Febbraio 2009 n° 617/C.S.LL.PP – “Istruzioni per l’applicazione delle “Norme tecniche per le costruzioni” di cui al D.M. 14 gennaio 2008”
9
PRESCRIZIONI SUI MATERIALI
ELEMENTI STRUTTURALI IN ACCIAIO
Per le strutture metalliche dovranno essere impiegati materiali aventi le caratteristiche sotto
indicate:
• per profilati, piatti e lamiere con spessori >= 3 m m e <= 100 mm
acciaio tipo Fe 430 grado B secondo UNI-EN 10025 ovvero S 275 secondo la notazione
eurocodici, calmato o semicalmato:
tensione di rottura a trazione 410 Nmm-2 <= ft <= 560 Nmm-2 ;
tensione di snervamento 275 Nmm-2 <= fy ;
resilienza KV >= 27 J ;
allungamento % a rottura
per lamiere εt >= 20 ;
per profilati e larghi piatti εt >= 22 ;
20,1>y
t
f
f
• per i tubolari, le flange e i fazzoletti di irrigid imento delle colonne
acciaio tipo S355J0:
tensione di rottura a trazione 510 Nmm-2 <= ft;
tensione di snervamento 355 Nmm-2 <= fy;
• Saldature:
I giunti saldati devono essere realizzati secondo i procedimenti all’arco elettrico codificati
secondo ISO 4063; essi devono essere effettuati con elettrodi di qualità 3 o 4 secondo UNI 5132 e
realizzati con accurata eliminazione di ogni difetto al vertice prima di effettuare la ripresa o la
seconda saldatura.
I saldatori nei procedimenti manuali o semiatuomatici dovranno essere qualificati secondo
EN287-1 da ente terzo; gli operatori di procedimenti automatici dovranno essere qualificati
secondo EN1418. Tutti i procedimenti di saldatura dovranno essere qualificati secondo EN2883.
Sono richieste caratteristiche di duttilità, snervamento, resistenza e tenacità in zona fusa ed in
zona termica alerata non inferiori a quelli del materiale base.
Nell'esecuzione delle saldature dovranno inoltre essere seguite le prescrizioni della EN 1011 punti
1 e 2 per gli acciai ferritici e della parte 3 per gli acciai inossidabili. Per la preparazione dei lembi si
applicherà, salvo casi particolari, la EN 29692.
10
Le saldature saranno sottoposte a controlli non distruttivi finali per accertare la
corrispondenza ai livelli di qualità stabiliti dal progettista nel corso del progetto esecutivo. L'entità
ed il tipo di tali controlli, distruttivi e non distruttivi, in aggiunta a quello visivo al 100 per cento,
saranno definiti dal progettista ed eseguiti sotto la responsabilità del direttore dei lavori, che potrà
integrarli ed estenderli in base all'andamento dei lavori, ed accettati ed eventualmente integrati dal
collaudatore. Ai fini dei controlli non distruttivi si possono usare metodi di superficie (ad esempio
liquidi penetranti o polveri magnetiche), ovvero metodi volumetrici (esempio raggi X o gamma o
ultrasuoni). Per le modalità di esecuzione dei controlli ed i livelli di accettabilità si potrà fare
riferimento alle prescrizioni della EN 12062. Tutti gli operatori che eseguiranno i controlli dovranno
essere qualificati secondo EN 473 almeno di secondo livello.
• Bulloni:
I bulloni dei diametri nominali indicati sui disegni costruttivi dovranno essere composti come
segue:
VITI di classe 8.8
DADI di classe 8
ROSETTE e PIASTRINE acciaio.
I bulloni – conformi per le caratteristiche dimensionali alle norme UNI EN ISO 4016:2002 e UNI
5592:1968 devono appartenere alle sotto classi della norma UNI EN ISO 898-1:2001.
I bulloni ad attrito devono essere serrati secondo le coppie di serraggio previste dalla norma
CNR-UNI10011.
• Tirafondi:
acciaio tipo S275 secondo UNI-EN 10025, (Fe 510 grado B calmato o semicalmato):
tensione di rottura a trazione 410 Nmm-2 <= ft <= 560 Nmm-2 ;
tensione di snervamento 275 Nmm-2 <= fy ;
resilienza KV >= 27 J ;
allungamento % a rottura
per lamiere εt >= 20 ;
per profilati e larghi piatti εt >= 22 ;
20,1>y
t
f
f
11
ELEMENTI STRUTTURALI IN CEMENTO ARMATO
Calcestruzzo per le strutture di elevazione;
� CALCESTRUZZO “a prestazione” (UNI EN 206-1) confezionato con sabbia naturale o
artificiale, per frantumazione di pietra calcarea, priva di materie organiche e di adeguata
granulometria, con ghiaia ben assortita a spigoli vivi e con acqua limpida, dolce, esente da
cloruri e da solfati. Il calcestruzzo dovrà avere le seguenti caratteristiche:
• Resistenza caratteristica a compressione a 28gg. C32/40
• Diametro massimo dell’inerte 31.5mm.
• Rapporto acqua/cemento massimo 0,55.
• Classe di consistenza allo scarico (UNI EN 206-1): S5
• Tipo e classe di resistenza del cemento (UNI ENV 197/1): CEM II/A-M – Classe di resistenza
42.5R, cemento portland composito.
Per la struttura in oggetto è previsto l’utilizzo in classe di esposizione “XC3”; per assicurare
una adeguata protezione alle barre di armatura deve essere garantito un ricoprimento di 40mm
per travi, pilastri e pareti, 25mm per solai e solette, tenendo conto che la vita nominale della
struttura è ≥ 100 anni. E’ inoltre vietata qualsiasi aggiunta di acqua in cantiere, il
raggiungimento della prescritta lavorabilità deve essere assicurato con l’eventuale aggiunta di
additivo fluidificante.
CALCESTRUZZO
DM2008 p.11.2.1
Calcestruzzo Rck= 40 C32/40
Resistenze caratteristiche
COMPRESSIONE fck=0.83Rck 33.2 Mpa media fcm=fck+8 41.2 Mpa
TRAZIONE fctm=0.3fck^(2/3) 3.098941019 Mpa per classi<C50/60
media fcfm=1.2fctm 3.718729223 Mpa
fctk=0.7fctm 2.169258713 Mpa
E=22000(fcm/10)^0.3 33642.77768 Mpa Resistenze di calcolo p.4.1.2 fd=fk/Ym
COMPRESSIONE fcd=ccfck/Yc 18.81333333 Mpa Yc= 1.5
cc=(lunga durata) 0.85
elementi piani(solette etc) fcd=0.8fcd 15.05066667 Mpa
TRAZIONE fctd=fctk/Yc 1.446172475 Mpa
12
� ACCIAIO PER C.A. ad aderenza migliorata del tipo B 450 C (ex FeB44k), saldabile, con le
seguenti caratteristiche meccaniche: fyk≥430 N/mmq, ftk≥540 N/mmq, allungamento uniforme
al carico max esu,k >7,5%.
Dato l’impiego in zona sismica si richiede, inoltre, che l’acciaio rispetti i seguenti limiti:
(fy,eff / fy,nom) <1,25 1,15≤ (ft/fy)medio<1,35
ACCIAIO per C.A. p.11.3.2.
Fyk: 450 p-11.3.2. MPa
γs= 1.15 p.4.1.2.1.1.3
Fyd= 391.3043478 MPa
13
Calcestruzzo per elementi di fondazione e dei pian i interrati
� CALCESTRUZZO “a prestazione” (UNI EN 206-1) confezionato con sabbia naturale o
artificiale, per frantumazione di pietra calcarea, priva di materie organiche e di adeguata
granulometria, con ghiaia ben assortita a spigoli vivi e con acqua limpida, dolce, esente da
cloruri e da solfati. Il calcestruzzo dovrà avere le seguenti caratteristiche:
• Resistenza caratteristica a compressione a 28gg. Rck = 30 N/mmq.
• Diametro massimo dell’inerte 50mm.
• Rapporto acqua/cemento massimo 0,60.
• Classe di consistenza allo scarico (UNI EN 206-1): S4
• Tipo e classe di resistenza del cemento (UNI ENV 197/1): CEM II/B-M – Classe di resistenza
42.5R, cemento portland composito - pozzolanico.
Per la struttura in oggetto è previsto l’utilizzo in classe di esposizione “XC2” (UNI EN 206-
1); per assicurare una adeguata protezione alle barre di armatura deve essere garantito un
ricoprimento di 50mm per platea e travi di fondazione, tenendo conto che la vita nominale della
struttura è ≥ 100 anni. E’ inoltre vietata qualsiasi aggiunta di acqua in cantiere, il
raggiungimento della prescritta lavorabilità deve essere assicurato con l’eventuale aggiunta di
additivo fluidificante.
CALCESTRUZZO
DM2008 p.11.2.1
Calcestruzzo Rck= 30 C25/30
Resistenze caratteristiche
COMPRESSIONE fck=0.8Rck 24 Mpa
media fcm=fck+8 32 Mpa
TRAZIONE fctm=0.3fck^(2/3) 2.496101 Mpa per classi<C50/60
media fcfm=1.2fctm 2.995321 Mpa
fctk=0.7fctm 1.74727 Mpa
E=22000(fcm/10)^0.3 31186.57 Mpa
Resistenze di calcolo p.4.1.2 fd=fk/Ym
COMPRESSIONE fcd=ccfck/Yc 13.6 Mpa
Yc= 1.5
cc=(lunga durata) 0.85
elementi piani(solette etc) fcd=0.8fcd 10.88 Mpa
TRAZIONE fctd=fctk/Yc 1.164847 Mpa
14
� ACCIAIO PER C.A. ad aderenza migliorata del tipo B 450 C (ex FeB44k), saldabile, con le
seguenti caratteristiche meccaniche: fyk≥430 N/mmq, ftk≥540 N/mmq, allungamento uniforme
al carico max esu,k >7,5%.
Dato l’impiego in zona sismica si richiede, inoltre, che l’acciaio rispetti i seguenti limiti:
(fy,eff / fy,nom) <1,25 1,15≤ (ft/fy)medio<1,35
ACCIAIO per C.A. p.11.3.2.
Fyk: 450 p-11.3.2. MPa
γs= 1.15 p.4.1.2.1.1.3
Fyd= 391.3043478 MPa
15
Prescrizioni comuni alle strutture di fondazione e di elevazione:
Controlli in cantiere delle barre d’armatura
(3 spezzoni dello stesso diametro)
fy = fm -10 N/mm2
Qualità dei componenti
• La sabbia deve essere viva, con grani assortiti in grossezza da 0 a 3 mm, non proveniente da
rocce in decomposizione, scricchiolante alla mano, pulita, priva di materie organiche, melmose,
terrose e di salsedine.
• La ghiaia deve contenere elementi assortiti, di dimensioni fino a 16-20 mm, resistenti e non
gelivi, non friabili, scevri di sostanze estranee, terra e salsedine. Le ghiaie sporche vanno
accuratamente lavate. Anche il pietrisco proveniente da rocce compatte, non gessose né
gelive, dovrà essere privo di impurità od elementi in decomposizione.
In definitiva gli inerti dovranno essere lavati ed esenti da corpi terrosi ed organici. Non sarà
consentito assolutamente il misto di fiume. L’acqua da utilizzare per gli impasti dovrà essere
potabile, priva di sali (cloruri e solfuri).
Potranno essere impiegati additivi fluidificanti o superfluidificanti per contenere il rapporto
acqua/cemento mantenendo la lavorabilità necessaria.
Prescrizione per inerti
Sabbia viva 0-7 mm, pulita, priva di materie organiche e terrose; sabbia fino a 30 mm (70mm
per fondazioni), non geliva, lavata;pietrisco di roccia compatta.
Assortimento granulometrico in composizione compresa tra le curve granulometriche
sperimentali:
- passante al vaglio di mm 16 = 100%
- passante al vaglio di mm 8 = 88-60%
- passante al vaglio di mm 4 = 78-36%
- passante al vaglio di mm 2 = 62-21%
- passante al vaglio di mm 1 = 49-12%
- passante al vaglio di mm 0.25 = 18-3%
Prescrizione per il disarmo
Indicativamente: pilastri 3-4 giorni; solette modeste 10-12 giorni; travi, archi 24-25 giorni,
mensole 28 giorni.
Per ogni porzione di struttura, il disarmo non può essere eseguito se non previa autorizzazione
della Direzione Lavori.
Provini da prelevarsi in cantiere
16
Viene prescritto il controllo di tipo A, riferito ad un quantitativo di miscela omogenea non maggiore
di 300mc. N° 2cubi di lato 15 cm per un prelievo ogni 100 mc. Per ogni giorno di getto va
comunque effettuato un prelievo.
Le seguenti disuguaglianze devono essere rispettate:
Rck 28< Rm -3,5N/mm2
Rmin> Rck – 3,5 N/mm2
Rm= resistenza media dei prelievi (N/mm2)
Rmin= minor valore di resistenza dei prelievi (N/mm2)
Tolleranze di posa della misura dei copriferri util izzati
I copriferri prescritti per le strutture di fondazione e di elevazione si intendono comprensivi delle
tolleranze di posa, assunte pari a 5 mm (p.to 4.4.1.3 EC2.3), in quanto si prevede l’impiego di
distanziatori che assicurano il copriferro, secondo le indicazioni di normative di comprovata
validità.
17
PRESTAZIONI DI PROGETTO, CLASSE DELLA STRUTTURA, VI TA UTILE E PROCEDURE DI QUALITÀ
Le prestazioni della struttura e le condizioni per la sua sicurezza sono state individuate
comunemente dal progettista e dal committente. A tal fine è stata posta attenzione al tipo della
struttura, al suo uso e alle possibili conseguenze di azioni anche accidentali; particolare rilievo è
stato dato alla sicurezza delle persone. Risulta così definito l’insieme degli stati limite riscontrabili
nella vita della struttura ed è stato accertato, in fase di dimensionamento, che essi non siano
superati.
Altrettanta cura è stata posta per garantire la durabilità della struttura, con la consapevolezza che
tutte le prestazioni attese potranno essere adeguatamente realizzate solo mediante opportune
procedure da seguire non solo in fase di progettazione, ma anche di costruzione, manutenzione e
gestione dell’opera. Per quanto riguarda la durabilità si sono presi tutti gli accorgimenti utili alla
conservazione delle caratteristiche fisiche e dinamiche dei materiali e delle strutture, in
considerazione dell’ambiente in cui l’opera dovrà vivere e dei cicli di carico a cui sarà sottoposta.
La qualità dei materiali e le dimensioni degli elementi sono coerenti con tali obiettivi.
In fase di costruzione saranno attuate severe procedure di controllo sulla qualità, in particolare per
quanto riguarda materiali, componenti, lavorazione, metodi costruttivi.
Saranno seguite tutte le indicazioni previste nelle “Norme Tecniche per le Costruzioni”.
Parametri adottati struttura nuova torre di collegamento:
Vita nominale VN≥100anni
Classe d’uso IV
Periodo di riferimento per l’azione sismica: VR=VN CU = 100x2=200 anni
18
ANALISI DEI CARICHI E COMBINAZIONE DELLE AZIONI
La valutazione delle azioni sulle strutture sono effettuate conformemente al D.M. 14-01-
2008.
In particolare l’azione sismica è stata applicata alla struttura in conformità alle disposizioni
del D.M. 14-01-2008 per il sito in esame tenendo conto delle sue coordinate geografiche.
L’azione sismica è calcolata mediante analisi sismica dinamica modale.
BURLO - piano tipo s=36cm
h(m) b(m) ρ(daN/m3) daN/m2
G1 (cond1) Peso Proprio Elementi Strutturali Verticali- eseguito in automatico dal software G1 (cond1) Piastra di solaio(con alleggerimento in campate centrali) 0.36 1750 630
G2 (cond3) compiutamente definiti Tramezzi* 80
Massetto 0.1 1800 180
Pavimento 30
controsoffitti + impianti 30
TOTALE 320
Qk (cond4) Variabile di piano (cat C1)* 300
TOTALE 300
SOMMA 1250 *Carico concentrato da valutarsi in corrispondenza delle sale operatorie 500 kg
BURLO LOCALI CON CARICO MAGGIORATO (RADIOLOGIA) s=3 6cm
h(m) b(m) ρ(daN/m3) daN/m2
G1 (cond1) Peso Proprio Elementi Strutturali Verticali- eseguito in automatico dal software G1 (cond1) Piastra di solaio(con alleggerimento in campate centrali) 0.36 1750 630
G2 (cond3) compiutamente definiti Tramezzi* 80
Massetto 0.1 1800 180
Pavimento 30
controsoffitti + impianti 30
TOTALE 320
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Qk (cond4) Variabile di piano maggiorato (cat C1) 500
TOTALE 500
SOMMA 1450
BURLO - piano copertura s=36cm
h(m) b(m) ρ(daN/m3) daN/m2 G1 (cond1)
Peso Proprio Elementi Strutturali Verticali- eseguito in automatico dal software
G1 (cond1)
Piastra di solaio(con alleggerimento in campate centrali) 0.36 1750 630 G2 (cond3) compiutamente definiti Massetto per pendenze 0.15 1800 270 Pavimento 30 controsoffitti + impianti 30
TOTALE 330 Qk (cond5)
Neve DM2008- as=260m.s.l.m. qsk=110daN/mq - µ=0.8 88
TOTALE 88
SOMMA 1048
BURLO - piano copertura locale tecnico s=50+5cm
h(m) b(m) ρ(daN/m3) daN/m2 G1 (cond1)
Peso Proprio Elementi Strutturali Verticali- eseguito in automatico dal software
G1 (cond1)
Solaio alveolare 50+5 0.55 720 G2 (cond3) compiutamente definiti Massetto 0.1 1800 180 Pavimento 30 controsoffitti + impianti 30 UTA 230
TOTALE 470 Qk (cond5) Neve DM2008- as=260m.s.l.m. qsk=110daN/mq - µ=0.8 88
TOTALE 88
SOMMA 1278
BURLO - piano terra_esterno s=40cm
h(m) b(m) ρ(daN/m3) daN/m2
G1 (cond1)
Peso Proprio Elementi Strutturali Verticali- eseguito in automatico dal software
G1 (cond1) Piastra di solaio(con alleggerimento in 0.4 1750 700
20
campate centrali..riduzione del 30%) G2 (cond3) compiutamente definiti Massetto alleggerito 0.5 1200 600
Pavimento bituminoso 30
TOTALE 630
Qk (cond4) Variabile di piano (cat C1) 300
TOTALE 300
SOMMA 1630
BURLO - piano garage s=36cm
h(m) b(m) ρ(daN/m3) daN/m2 G1 (cond1)
Peso Proprio Elementi Strutturali Verticali- eseguito in automatico dal software
G1 (cond1)
Piastra di solaio(con alleggerimento in campate centrali) 0.36 1750 630 G2 (cond3) compiutamente definiti Tramezzi* 80 Massetto 0.1 1800 180 Pavimento industriale 50
TOTALE 310 Qk (cond4)
Variabile di piano (cat F) 250
TOTALE 250
SOMMA 1260
BURLO - Tamponatura esterna h(m) b(m) ρ(KN/m3) daN/m2 G2 (cond3) Poroton 330 Isolante a cappotto 30 Rivestimento 40
SOMMA 400
BURLO- struttura per balconi
h(m) b(m) ρ(daN/m3) daN G1 (cond1)
Pannello in cls 2,40mx16m, spessore 15cm 0.15 2500 14400
G2 (cond3)
Rivestimento 600
SOMMA 15000
h(m) b(m) ρ(daN/m3) daN G1 (cond1) Soletta piena c.a. spessore 15cm 0.15 2500 375
21
G2 (cond3) compiutamente definiti Massetto 0.1 1800 180 Pavimento 30 TOTALE 210 Qk (cond4) Variabile 400 TOTALE 400
SOMMA 985
°Per il calcolo delle pareti si considerano 2 lastre in cartongesso + 15%peso telaio:
peso= 1181 kg/m3
s1= 2 cm
s2= 2 cm
h= 3.3 m
TOT= 1.792758 kg/m → g2= 80 kg/m2 NTC2008
22
AZIONE DELLA NEVE (DM2008 par. 3.4)
23
AZIONE DEL VENTO (DM2008 par. 3.3 + CNR-DT206/2008)
L’azione del vento è stata calcolata in ottemperanza alle normative vigenti confrontando il
risultanto ottenuto con quello precedentemente calcolato dall’ing. Giuseppe Suraci il quale
ha prodotto un elaborato di verifica all’azione del vento delle torri esistenti dal titolo
“Relazione sulla sicurezza della Torre Medica (con particolare riguardo all’azione del
vento”.
L’azione del vento nella Nuova Torre di collegamento risulta maggiore rispetto al calcolo
dell’ing. Giuseppe Suraci in quanto si è considerato un Tempo di Ritorno di 100anni
anziché 50anni come per le normali costruzioni.
24
25
Tutte le verifiche sono state condotte con i valori sopra elencati.
26
AZIONE SISMICA (DM2008 par. 3.2)
La città di Trieste ricade in zona sismica 3 secondo l’attuale classificazione sismica
italiana. Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi stati
limite considerati, si definiscono a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di
costruzione per le diverse probabilitò di accadimento da considerare, secondo le
indicazioni delle norme tecniche, tenendo conto delle amplificazioni locali dovute alla
stratigrafia del terreno e alla configurazione morfologica.
Nuovo Burlo Garofolo :
Corpo A-B-C-D Parametri di calcolo Analisi Dinamica Spettro in accordo con TU 2008 Trieste TS Longitudine 13.7722 Latitudine 45.6494 Tipo di Terreno A Coefficiente di amplificazione topografica (ST) 1.2000 Vita nominale della costruzione (VN) 100.0 anni Classe d'uso IVº coefficiente CU 2.0 Classe di duttilità impostata Bassa Fattore di struttura massimo qo per sisma orizzontale 3.00 Fattore di duttilità KR per sisma orizzontale 1.00 Fattore riduttivo regolarità in altezza KR 0.80 Fattore riduttivo per la presenza di setti KW 1.00 Fattore di struttura q per sisma orizzontale 2.40 Fattore di struttura q per sisma verticale 1.50 Smorzamento Viscoso ( 0.05 = 5% ) 0.05
27
TU 2008 SLV H Probabilità di superamento (PVR) 10.0 e periodo di ritorno (TR) 1898 (anni) Ss 1.000 TB 0.12 [sec] TC 0.35 [sec] TD 2.32 [sec] ag/g 0.1805 Fo 2.5921 TC
* 0.3476
28
TU 2008 SLD H Probabilità di superamento (PVR) 63.0 e periodo di ritorno (TR) 201 (anni) Ss 1.000 TB 0.10 [sec] TC 0.29 [sec] TD 1.93 [sec] ag/g 0.0818 Fo 2.5220 TC
* 0.2900
29
TU 2008 SLO H Probabilità di superamento (PVR) 81.0 e periodo di ritorno (TR) 120 (anni) Ss 1.000 TB 0.09 [sec] TC 0.27 [sec] TD 1.86 [sec] ag/g 0.0651 Fo 2.5659 TC
* 0.2686
Fattori di partecipazione per il calcolo delle masse: Condizi
one Commento Fattore di
Partecipazione 1 p.p. 1 2 p.solai 1 3 perm portati 1 4 Variabile di piano 0.6 5 Neve 0
30
Analisi dinamica con condensazione di piano ed inclusione delle masse dei nodi liberi Angoli d'ingresso del Sisma SLV Direzione 1 Angolo in pianta 0.00 [°] SLV Direzione 2 Angolo in pianta 0.00 [°] SLV Direzione 3 Angolo in pianta 90.00 [°] SLV Direzione 4 Angolo in pianta 90.00 [°] SLV Direzione 5 Angolo in pianta 180.00 [°] SLV Direzione 6 Angolo in pianta 180.00 [°] SLV Direzione 7 Angolo in pianta 270.00 [°] SLV Direzione 8 Angolo in pianta 270.00 [°] SLD Direzione 9 Angolo in pianta 0.00 [°] SLD Direzione 10 Angolo in pianta 0.00 [°] SLD Direzione 11 Angolo in pianta 90.00 [°] SLD Direzione 12 Angolo in pianta 90.00 [°] SLD Direzione 13 Angolo in pianta 180.00 [°] SLD Direzione 14 Angolo in pianta 180.00 [°] SLD Direzione 15 Angolo in pianta 270.00 [°] SLD Direzione 16 Angolo in pianta 270.00 [°] SLO Direzione 17 Angolo in pianta 0.00 [°] SLO Direzione 18 Angolo in pianta 0.00 [°] SLO Direzione 19 Angolo in pianta 90.00 [°] SLO Direzione 20 Angolo in pianta 90.00 [°] SLO Direzione 21 Angolo in pianta 180.00 [°] SLO Direzione 22 Angolo in pianta 180.00 [°] SLO Direzione 23 Angolo in pianta 270.00 [°] SLO Direzione 24 Angolo in pianta 270.00 [°]
Percentuale della massa di piano utilizzata per la valutazione delle azioni dovute ad eccentricita' addizionali del centro di massa 100.0%
31
Rappresentazione della direzione di ingresso del si sma di tutte le strutture:
Le direzioni di ingresso del sisma sono 4:
- Angolo 0°
- Angolo 90°
- Angolo 180°
- Angolo 270°
La normativa però prescrive di considerare una eccentricità accidentale del centro di
massa non inferiore al 5% della dimensione dell’edificio misurata perpendicolarmente alla
direzione di applicazione dell’azione sismica. Questo significa applicare per ogni direzione
del sisma due momenti torcenti di piano (pari alla forzante di piano sismica moltiplicata per
l’eccentricità).
Come si può notare dallo schema sotto, per ogni “angolo di direzione” di ingresso del
sisma si avranno due differenti azioni, una che considera il torcente positivo e una che
considera il torcente negativo.
In totale si avranno perciò non 4 direzioni di ingresso ma 8 direzioni di ingresso.
Queste direzioni di ingresso sono state poi opportunamente combinate tra loro come da
normativa (es: Ex + 0.3 Ey) e in totale per ogni stato limite considerato si avranno 16
combinazioni di carico.
G G
0+0-0
NB: Ha senso spostare il centro di massa solo nei solai che vengono considerati
infinitamente rigidi perché la massa è concentrata nel baricentro. (Non ha senso spostare
un centro di massa che non è stato possibile definire, infatti nel caso di solai non rigidi la
massa è concentrata in ogni nodo in base all’incidenza dei carichi).
32
ANALISI SVOLTA
Tipo di analisi Statica + Dinamica con condensazion e Numero di condizioni di carico ... : 5 Numero di combinazioni di carico . : 56 Condizione
1 p.p. 2 p.solai 3 perm portati 4 Variabile di piano 5 Neve 6 Sisma 0+SLV 7 Sisma 0-SLV 8 Sisma 90+SLV 9 Sisma 90-SLV 10 Sisma 180+SLV 11 Sisma 180-SLV 12 Sisma 270+SLV 13 Sisma 270-SLV 14 Sisma 0+SLD 15 Sisma 0-SLD 16 Sisma 90+SLD 17 Sisma 90-SLD 18 Sisma 180+SLD 19 Sisma 180-SLD 20 Sisma 270+SLD 21 Sisma 270-SLD 22 Sisma 0+SLO 23 Sisma 0-SLO 24 Sisma 90+SLO 25 Sisma 90-SLO 26 Sisma 180+SLO 27 Sisma 180-SLO 28 Sisma 270+SLO 29 Sisma 270-SLO Combinazioni di carico: Combinazioni agli Stati Limite Ultimi Combinazione di carico numero
1 SLU1 2 SLU2 Comb. \Cond 1 2 3 4 5 1 1.3 1.3 1.3 1.5 0.75 2 1.3 1.3 1.3 1.05 1.5
33
Combinazioni agli Stati Limite di Salvaguardia della Vita Combinazione di carico numero
3 Sisma 0+ / 90+ 4 Sisma 0+ / 270+ 5 Sisma 0- / 90- 6 Sisma 0- / 270- 7 Sisma 90+ / 0+ 8 Sisma 90+ / 180+ 9 Sisma 90- / 0- 10 Sisma 90- / 180- 11 Sisma 180+ / 90+ 12 Sisma 180+ / 270+ 13 Sisma 180- / 90- 14 Sisma 180- / 270- 15 Sisma 270+ / 0+ 16 Sisma 270+ / 180+ 17 Sisma 270- / 0- 18 Sisma 270- / 180- Comb. \Cond 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 3 1 1 1 0.6 1 0.3 4 1 1 1 0.6 1 0.3 5 1 1 1 0.6 1 0.3 6 1 1 1 0.6 1 0.3 7 1 1 1 0.6 0.3 1 8 1 1 1 0.6 1 0.3 9 1 1 1 0.6 0.3 1 10 1 1 1 0.6 1 0.3 11 1 1 1 0.6 0.3 1 12 1 1 1 0.6 1 0.3 13 1 1 1 0.6 0.3 1 14 1 1 1 0.6 1 0.3 15 1 1 1 0.6 0.3 1 16 1 1 1 0.6 0.3 1 17 1 1 1 0.6 0.3 1 18 1 1 1 0.6 0.3 1 Combinazioni RARE Stati Limite di Esercizio Combinazione di carico numero
19 rara1 20 rara2 Comb. \Cond 1 2 3 4 5 19 1 1 1 1 0.5 20 1 1 1 0.7 1 Combinazioni FREQUENTI Stati Limite di Esercizio
34
Combinazione di carico numero
21
22
Comb. \Cond 1 2 3 4 5 21 1 1 1 0.7 22 1 1 1 0.6 0.2 Combinazioni QUASI PERMANENTI Stati Limite di Esercizio Combinazione di carico numero
23
24
Comb. \Cond 1 2 3 4 23 1 1 1 0.6 24 Combinazioni agli Stati Limite di Danno Combinazione di carico numero
25 Sisma 0+ / 90+ 26 Sisma 0+ / 270+ 27 Sisma 0- / 90- 28 Sisma 0- / 270- 29 Sisma 90+ / 0+ 30 Sisma 90+ / 180+ 31 Sisma 90- / 0- 32 Sisma 90- / 180- 33 Sisma 180+ / 90+ 34 Sisma 180+ / 270+ 35 Sisma 180- / 90- 36 Sisma 180- / 270- 37 Sisma 270+ / 0+ 38 Sisma 270+ / 180+ 39 Sisma 270- / 0- 40 Sisma 270- / 180- Comb. \Cond 1 2 3 4 14 15 16 17 18 19 20 21 25 1 1 1 0.6 1 0.3 26 1 1 1 0.6 1 0.3 27 1 1 1 0.6 1 0.3 28 1 1 1 0.6 1 0.3 29 1 1 1 0.6 0.3 1 30 1 1 1 0.6 1 0.3 31 1 1 1 0.6 0.3 1 32 1 1 1 0.6 1 0.3 33 1 1 1 0.6 0.3 1 34 1 1 1 0.6 1 0.3 35 1 1 1 0.6 0.3 1
35
36 1 1 1 0.6 1 0.3 37 1 1 1 0.6 0.3 1 38 1 1 1 0.6 0.3 1 39 1 1 1 0.6 0.3 1 40 1 1 1 0.6 0.3 1 Combinazioni agli Stati Limite di Operatività Combinazione di carico numero
41 Sisma 0+ / 90+ 42 Sisma 0+ / 270+ 43 Sisma 0- / 90- 44 Sisma 0- / 270- 45 Sisma 90+ / 0+ 46 Sisma 90+ / 180+ 47 Sisma 90- / 0- 48 Sisma 90- / 180- 49 Sisma 180+ / 90+ 50 Sisma 180+ / 270+ 51 Sisma 180- / 90- 52 Sisma 180- / 270- 53 Sisma 270+ / 0+ 54 Sisma 270+ / 180+ 55 Sisma 270- / 0- 56 Sisma 270- / 180- Comb. \Cond 1 2 3 4 22 23 24 25 26 27 28 29 41 1 1 1 0.6 1 0.3 42 1 1 1 0.6 1 0.3 43 1 1 1 0.6 1 0.3 44 1 1 1 0.6 1 0.3 45 1 1 1 0.6 0.3 1 46 1 1 1 0.6 1 0.3 47 1 1 1 0.6 0.3 1 48 1 1 1 0.6 1 0.3 49 1 1 1 0.6 0.3 1 50 1 1 1 0.6 1 0.3 51 1 1 1 0.6 0.3 1 52 1 1 1 0.6 1 0.3 53 1 1 1 0.6 0.3 1 54 1 1 1 0.6 0.3 1 55 1 1 1 0.6 0.3 1 56 1 1 1 0.6 0.3 1
36
ANALISI DEI MODELLI STRUTTURALI AGLI ELEMENTI FINI TI
I calcoli sono stati condotti secondo i criteri della Scienza delle Costruzioni assumendo i
carichi di normativa e valutando le sollecitazioni per via numerica. L’analisi strutturale
viene eseguita per mezzo di un elaboratore elettronico dei dati utilizzando un codice di
calcolo del tipo “SAP” basato sul metodo degli elementi finiti, concettualmente
riconducibile al metodo degli spostamenti. L’analisi di tipo numerico è stata realizzata
mediante il programma di calcolo ENEXSYS ( Ditta produttrice: En.Ex.Sys. s.r.l. - Via
Tizzano 46/2 - Casalecchio di Reno, Bologna – N° di serie 2003GMSRVZ e 2003GMSRV1
versione 2013 038) . E’ stato utilizzata un’analisi lineare dinamica nel rispetto delle norme
indicate in precedenza. Le procedure di verifica adottate seguono il metodo di calcolo degli
stati limite ultimo e di esercizio. Il solutore individua le sollecitazioni per ogni nodo e quindi
i post processori nella verifica delle aste determinano le sollecitazioni per ogni sezione
delle stesse.
La struttura e il suo comportamento sotto le azioni statiche e dinamiche sono state
adeguatamente valutate e trasferite nel modello che si caratterizza per la sua
impostazione completamente tridimensionale. A tal fine ai nodi strutturali possono
convergere diverse tipologie di elementi, che corrispondono nel codice numerico di calcolo
in altrettante tipologie di elementi finiti. Travi e pilastri, ovvero componenti in cui una
dimensione prevale sulle altre due, vengono modellati con elementi “beam”, il cui
comportamento può essere opportunamente perfezionato attraverso alcune opzioni quali
quelle in grado di definire le modalità di connessione all’estremità. Eventuali elementi
soggetti a solo sforzo normale possono essere trattati come elementi “truss” oppure con
elementi “beam” opportunamente svincolati. Le pareti, le piastre, le platee ovvero in
generale i componenti strutturali bidimensionali, con due dimensioni prevalenti sulla terza
(lo spessore), sono stati modellati con elementi “shell” a comportamento flessionale e
membranale. I vincoli con il mondo esterno vengono rappresentati con elementi in grado di
definire le modalità di vincolo e le rigidezze nello spazio. Questi elementi, coniugati con i
precedenti, consentono di modellare i casi più complessi ma più frequenti di interazione
con il terreno, realizzabile tipicamente mediante fondazioni, pali, platee nonché attraverso
una combinazione di tali situazioni. Il comportamento del terreno è sostanzialmente
rappresentato tramite una schematizzazione lineare alla Winkler, principalmente
caratterizzabile attraverso una opportuna costante di sottofondo, che può essere anche
variata nella superficie di contatto fra struttura e terreno e quindi essere in grado di
37
descrivere anche situazioni più complesse. Nel caso dei pali il comportamento del terreno
implica anche l’introduzione di vincoli per la traslazione orizzontale.
I parametri dei materiali utilizzati per la modellazione riguardano il modulo di Young, il
coefficiente di Poisson, ma sono disponibili anche opzioni per ridurre la rigidezza
flessionale e tagliante dei materiali per considerare l’effetto di fenomeni fessurativi nei
materiali.
Il calcolo viene condotto mediante analisi lineare, ma vengono considerati gli effetti del
secondo ordine e si può simulare il comportamento di elementi resistenti a sola trazione o
compressione.
La presenza di diaframmi orizzontali, se rigidi, nel piano viene gestita attraverso
l’impostazione di un’apposita relazione fra i nodi strutturali coinvolti, che ne condiziona il
movimento relativo. Relazioni analoghe possono essere impostate anche fra elementi
contigui.
Si ritiene che il modello utilizzato sia rappresentativo del comportamento reale della
struttura. Sono stati inoltre valutati tutti i possibili effetti o le azioni anche transitorie che
possano essere significative e avere implicazione per la struttura.
E’ stata impiegata un’analisi dinamica modale in campo lineare con adozione di spettro di
risposta conforme al DM2008. Agli effetti del dimensionamento è stato quindi impiegato il
metodo degli stati limite ultimo e di esercizio.
Gli elementi del modello numerico
I NODI
La struttura è individuata da nodi riportati in coordinate. Ogni nodo possiede sei gradi di
libertà, associati alle sei possibili deformazioni. I gradi di libertà possono essere liberi
(spostamenti generalizzati incogniti), bloccati (spostamenti generalizzati corrispondente
uguale a zero), di tipo slave o linked (il parametro cinematico dipende dalla relazione con
altri gradi di libertà). Si può intervenire sui gradi di libertà bloccando uno o più gradi. I
blocchi vengono applicate nella direzione della terna locale del nodo.
Le relazioni complesse creano un legame tra uno o più gradi di libertà di un nodo detto
slave con quelli di un altro nodo detto master. Esistono tre tipi di relazioni complesse. Le
relazioni di tipo link prescrivono l’uguaglianza tra gradi di libertà analoghi di nodi diversi.
Specificare una relazione di tipo link significa specificare il nodo slave assieme ai gradi di
libertà che partecipano al vincolo ed il nodo master. I gradi di libertà slave saranno
38
eguagliati ai rispettivi gradi di libertà del nodo master.
La relazione di piano rigido prescrive che il nodo slave appartiene ad un piano rigido e
quindi che i due spostamenti in piano e la rotazione normale al piano sono legati ai tre
parametri di roto-traslazione rigida di un piano. Il Corpo rigido prescrive che il nodo slave
fa parte di un corpo rigido e tutti e sei i suoi gradi di libertà sono legati ai sei gradi di libertà
posseduti dal corpo rigido (i gradi di libertà del suo nodo master).
I MATERIALI
I materiali sono individuati da un codice specifico e descritti dal modulo di elasticità, dal
coefficiente di Poisson, dal peso specifico, dal coefficiente di dilatazione termica.
LE SEZIONI
Le sezioni sono individuate in ogni caso da un codice numerico specifico, dal tipo e dai
relativi parametri identificativi. La simbiologia adottata dal programma è la seguente:
• Rettangolare piena (Rp);
• Rettangolare cava (Rc);
• Circolare piena (Cp);
• Circolare cava (Cc);
• T (T.);
• T rovescia (Tr);
• L (L.);
• C (C.);
• C rovescia (Cr);
• Cassone (Ca);
• Profilo singolo (Ps);
• Profilo doppio (Pd);
• Generica (Ge).
I CARICHI
I carichi agenti sulla struttura possono essere suddivisi in carichi nodali e carichi
elementari. I carichi nodali sono forze e coppie concentrate applicate ai nodi della
discretizzazione. I carichi elementari sono forze, coppie e sollecitazioni termiche.
I carichi in luce sono individuati da un codice numerico, da un tipo e da una
descrizione. Sono previsti carichi distribuiti trapezoidali riferiti agli assi globali (fX, fY, fZ,
39
fV) e locali (fx, fy, fz), forze concentrate riferite agli assi globali (FX, FY, FZ, FV) o locali
(Fx, Fy, Fz), momenti concentrati riferiti agli assi locali (Mx, My, Mz), momento torcente
distribuito riferito all'asse locale x (mx), carichi termici (tx, ty, tz), descritti con i relativi
parametri identificativi, aliquote inerziali comprese, rispetto al riferimento locale. I carichi in
luce possono essere attribuiti solo a elementi finiti del tipo trave o trave di fondazione.
GLI ELEMENTI FINITI
La struttura può essere suddivisa in sottostrutture, chiamate gruppi.
ELEMENTO TRUSS (ASTA RETICOLARE)
L’elemento truss (asta reticolare) rappresenta il modello meccanico
della biella elastica. Possiede 2 nodi I e J e di conseguenza 12 gradi di
libertà.
Gli elementi truss sono caratterizzati da 4 parametri fisici e
geometrici ovvero:
1. A Area della sezione.
2. E. Modulo elastico.
3. ρ. Densità di peso (peso per unità di volume).
4. α. Coefficiente termico di dilatazione cubica.
I dati di input e i risultati del calcolo relativi all’elemento stesso sono riferiti alla terna
locale di riferimento indicata in figura.
ELEMENTO FRAME (TRAVE E PILASTRO, TRAVE DI
FONDAZIONE)
L’elemento frame implementa il modello della trave nello spazio
tridimensionale. E’ caratterizzato da 2 nodi principali I e J posti alle
sue estremità ed un nodo geometrico facoltativo K che serve
solamente a fissare univocamente la posizione degli assi locali.
L’elemento frame possiede 12 gradi di libertà.
Ogni elemento viene riferito a una terna locale destra x, y, z, come mostrato in figura.
L’elemento frame supporta varie opzioni tra cui:
1. deformabilità da taglio (travi tozze);
2. sconnessioni totali o parziali alle estremità;
40
3. connessioni elastiche alle estremità;
4. offsets, ovvero tratti rigidi eventualmente fuori asse alle estremità;
5. suolo elastico alla Winkler nelle tre direzioni locali e a torsione.
L’elemento frame supporta i seguenti carichi:
1. carichi distribuiti trapezoidali in tutte le direzioni locali o globali;
2. sollecitazioni termiche uniformi e gradienti termici nelle due direzioni
principali;
3. forza concentrata in tutte le direzioni locali o globali applicata in un punto
arbitrario;
4. carichi generici mediante prescrizione delle reazioni di incastro perfetto.
I gruppi formati da elementi del tipo trave riportano, in ordine, i numeri dei nodi iniziale
(I), finale (J) e di riferimento (K), la situazione degli svincoli ai nodi I e J (indicate in
legenda eventuali situazioni diverse dall’incastro perfetto ad entrambi i nodi), i codici dei
materiali e delle sezioni, la situazione di carico nelle otto possibili condizioni A, B, C, D, E,
F, G, H: se è presente un numero, esso individua il coefficiente moltiplicativo del carico
corrispondente.
I gruppi relativi all'elemento trave di fondazione riportano
informazioni analoghe; le condizioni di carico sono limitate a due
(A e B); È indicata la caratteristica del suolo, la larghezza di
contatto con il terreno e il numero di suddivisioni interne. Per la
trave di fondazione il programma abilita automaticamente solo i gradi di libertà relativi alla
rotazione intorno agli assi globali X, Y e alla traslazione secondo Z, bloccando gli altri
gradi di libertà. Ogni trave di fondazione è suddivisa in un numero adeguato di parti (aste).
Ogni singola asta interagisce con il terreno mediante un elemento finito del tipo vincolo
elastico alla traslazione verticale tZ convergente ai suoi nodi (vedi figura), il cui valore di
rigidezza viene determinato da programma moltiplicando la costante di sottofondo
assegnata dall’utente per l’area di contatto con il terreno in corrispondenza del nodo.
I tipi di carichi ammessi sono solo di tipo distribuito fZ, fV, fy. Inoltre accade che:
Vi=Vf; di=df=0, ovvero il carico è di tipo rettangolare esteso per tutta la lunghezza della
trave.
ELEMENTO SHELL (GUSCIO)
41
L’elemento shell implementa il modello del guscio piatto ortotropo nello spazio
tridimensionale. E’ caratterizzato da 3 o 4 nodi I, J, K ed L posti nei vertici e 6 gradi di
libertà per ogni nodo. Il comportamento flessionale e quello membranale sono
disaccoppiati.
Gli elementi guscio/piastra si caratterizzano perché possono subire carichi nel piano
ma anche ortogonali al piano ed essere quindi soggetti anche ad azioni flettenti e torcenti.
Gli elementi in esame hanno formalmente tutti i sei gradi di libertà attivi, ma non
posseggono rigidezza per la rotazione ortogonale al piano dell’elemento.
Nei gruppi shell definiti “platea” viene attuato il blocco di tre gradi di libertà, uX, uY, rZ,
per tutti i nodi del gruppo.
Ogni gruppo può contenere uno o più elementi (max 1999). Ogni elemento viene
definito da questi parametri:
1. elemento numero (massimo 1999 per ogni gruppo);
2. nodi di riferimento I, J, K, L;
3. spessore;
4. materiale;
5. pressioni e relative aliquote dinamiche;
6. temperatura;
7. gradiente termico;
8. carichi distribuiti e relative aliquote dinamiche.
ELEMENTO PLANE (STATO PIANO DI TENSIONE, STATO PIANO DI
DEFORMAZIONE, ASSIALSIMMETRICO)
L’elemento plane implementa i modelli dell’elasticità piana nelle tre classiche varianti
degli stati piani di tensione, di deformazione e dei problemi assialmsimmetrici, per
materiali ortotropi nello spazio bidimensionale. E’ caratterizzato da 3 o 4 nodi I, J, K, L
posti nei vertici e 2 gradi di libertà per ogni nodo.
Gli elementi in stato piano di tensione, di defromazione o
asialsimmetrici sono elementi piani quadrilateri (4 nodi) o
triangolari (3 nodi) bidimensionali, caratterizzati da due dimensioni
dello stesso ordine di grandezza, prevalenti sulla terza
dimensione, che individua lo spessore. Vengono utilizzati per rappresentare strutture
bidimensionali caricate nel piano: sono nulle le tensioni ortogonali al piano dell’elemento.
42
Gli elementi in Stato Piano di Deformazione sono elementi per cui è nulla la
deformazione ortogonale al piano, ma non la tensione relativa. Vanno obbligatoriamente
analizzati nel piano YZ e si assume uno sviluppo unitario sulla terza dimensione (lungo X).
Hanno attivi i due gradi di libertà relativi agli spostamenti nel piano YZ.
Gli elementi Assialsimmetrici rappresentano solidi simmetrici, ottenuti per rotazione
intorno all’asse verticale Z e simmetricamente caricati; sono individuati dalla loro sezione
nel piano YZ. Anche gli elementi assialsimmetrici vanno studiati nel piano YZ e hanno
attivi i gradi di libertà relativi agli spostamenti in questo piano.
Il programma analizza il loro comportamento per uno sviluppo angolare di un radiante.
Ogni gruppo può contenere uno o più elementi (max 1999). Ogni elemento viene definito con questi
parametri:
1. numero elemento (massimo 1999 per gruppo);
2. nodi di riferimento I, J, K, L;
3. spessore;
4. materiale;
5. carichi (o pressioni) e relative aliquote dinamiche;
6. temperatura.
ELEMENTO BOUNDARY (VINCOLO)
L’elemento boundary è sostanzialmente un elemento molla con rigidezza assiale in una
direzione specificata e rigidezza torsionale attorno alla stessa direzione. E’ utile quando si
vogliono determinare le reazioni vincolari oppure quando si vogliono imporre degli
spostamenti o delle rotazioni di alcuni nodi (cedimenti vincolari).
I parametri relativi ad ogni singolo vincolo sono:
1. il nodo a cui è collegato il vincolo (o i vincoli, massimo sei);
2. la traslazione imposta (L) o la rotazione imposta (radianti);
3. la rigidezza (per le traslazioni in F/L, per le rotazioni in F*L/rad).
ELEMENTO PLINTO
Il plinto viene modellato mediante vincoli elastici alla traslazione e alla rotazione. Il
nodo I è il nodo di attacco del plinto e generalmente corrisponde
con il nodo al piede di un pilastro. Si suppone, implicitamente,
l’esistenza di un nodo J posizionato sopra I, sulla sua verticale
43
(vedi figura). Il nodo K consente, assieme a I e J, di orientare il plinto nello spazio. Valgono
al riguardo considerazioni analoghe a quelle fatte per i pilastri. L’asse locale x è diretto da I
verso J, l’asse locale y è ortogonale a x e punta verso K, l’asse locale z forma, con x e y
l’usuale terna cartesiana destrorsa.
La sezione del plinto è quella orizzontale in pianta, esclusivamente rettangolare. La
base della sezione si misura parallelamente all’asse locale z, l’altezza si valuta secondo y.
L’altezza h del plinto si misura in verticale (secondo l’asse globale Z).
I metodi di calcolo
ANALISI STATICA LINEARE
L’analisi statica lineare è la più comune e tradizionale delle analisi strutturali possibili.
L’aggettivo statica sottintende che i carichi applicati non dipendono dal tempo o più
esattamente variano molto lentamente tra l’istante iniziale di applicazione t0 e l’istante
finale di osservazione tf (carichi quasi-statici).
Ipotizzando inoltre che la forza di reazione interna dipenda linearmente dagli
spostamenti, attraverso una matrice di rigidezza costante K e che le forze esterne siano
costituite da carichi indipendenti dallo spostamento, si ottiene l’equazione di equilibrio
classica per i problemi quasi statici lineari
KU = F
dove K è la matrice di rigidezza, U è il vettore delle deformazioni nodali, F è il vettore
dei carichi.
E’ bene ricordare che la linearità della risposta strutturale deriva da almeno due grandi
semplificazioni: l’ipotesi di elasticità lineare del materiale (linearità materiale) e l’ipotesi di
piccolezza degli spostamenti e delle deformazioni (linearità geometrica).
Nell'analisi sismica con il metodo statico equivalente, le corrispondenti forze inerziali
vengono automaticamente aggiunte agli altri carichi eventualmente presenti sulla struttura.
Note le deformazioni vengono calcolate le sollecitazioni.
ANALISI DINAMICA MODALE
ll programma effettua l'analisi dinamica con il metodo dello spettro di risposta.
44
Il sistema da analizzare è essere visto come un oscillatore a n gradi di libertà, di cui
vanno individuati i modi propri di vibrazione. Il numero di frequenze da considerare è un
dato di ingresso che l'utente deve assegnare. In generale si osservi che il numero di modi
propri di vibrazione non può superare il numero di gradi di libertà del sistema.
La procedura attua l'analisi dinamica in due fasi distinte: la prima si occupa di calcolare
le frequenze proprie di vibrazione, la seconda calcola spostamenti e sollecitazioni
conseguenti allo spettro di risposta assegnato in input.
Nell'analisi spettrale il programma utilizza lo spettro di risposta assegnato in input,
coerentemente con quanto previsto dalla normativa. L'eventuale spettro nella direzione
globale Z è unitario. L'ampiezza degli spettri di risposta è determinata dai parametri sismici
previsti dalla normativa e assegnati in input dall'utente.
La procedura calcola inizialmente i coefficienti di partecipazione modale per ogni
direzione del sisma e per ogni frequenza. Tali coefficienti possono essere visti come il
contributo dinamico di ogni modo di vibrazione nelle direzioni assegnate. Si potrà perciò
notare in quale direzione il singolo modo di vibrazione ha effetti predominanti.
Successivamente vengono calcolati, per ogni modo di vibrazione, gli spostamenti e le
sollecitazioni relative a ciascuna direzione dinamica attivata, per ogni modo di vibrazione.
Per ogni direzione dinamica viene calcolato l'effetto globale, dovuto ai singoli modi di
vibrazione, mediante la radice quadrata della somma dei quadrati dei singoli effetti. E'
prevista una specifica fase di stampa per tali risultati.
L'ultima elaborazione riguarda il calcolo degli effetti complessivi, ottenuti considerando
tutte le direzioni dinamiche applicate. Tale risultato (inviluppo) può essere ottenuto, a
discrezione dell'utente in tre modi distinti, inclusi quelli suggeriti della normativa italiana e
dall'Eurocodice 8.
Lettura dei risultati dell’elaborazione
DEFORMATE
Per ogni combinazione di carico e per tutti i nodi non
completamente bloccati il programma calcola spostamenti (unità di
misura L) e rotazioni (radianti). Viene anche rappresentata la
deformata in luce dell’asta che riproduce il comportamento di una
funzione polinomiale di quarto grado. Gli spostamenti sono positivi
se diretti nel verso degli assi globali X Y Z, le rotazioni positive se
45
antiorarie rispetto all’asse di riferimento, per un osservatore disteso lungo il corrispondente
semiasse positivo (vedi figura a lato).
Viene anche determinato il valore massimo assoluto (con segno) di ogni singola
deformazione e il valore massimo dello spostamento nello spazio (radice quadrata della
somma dei quadrati degli spostamenti).
ASPETTI PARTICOLARI DELL’ANALISI DINAMICA
Nella stampa degli autovettori vengono riportati i relativi risultati, pertinenti ad ogni
nodo.
Nel calcolo della risposta spettrale vengono determinate, per ogni verso del sisma, le
deformazioni relative ai vari modi di vibrare e la corrispondente media quadratica. Tali
risultati vengono successivamente combinati e danno luogo ad uno o più inviluppi in
relazione a quanto imposto dall’utente nella fase iniziale di intestazione del lavoro.
Nel caso dell’applicazione dell’Ordinanza 3431 (ex 3272) vengono anche determinate
le deformazioni allo stato limite ultimo, che risultano amplificate per effetto dei fattori di
struttura q rassegnati alle due direzioni orizzontali e a quella verticale.
ASTE RETICOLARI
Per ogni elemento e per ogni combinazione di carico statica vengono calcolate:
• tensione unitaria (F/L2);
• forza assiale (F).
Il segno positivo indica trazione.
Nell’analisi dinamica, per ogni direzione sismica e per ogni asta, viene indicato il modo
che dà luogo al massimo effetto e il relativo valore, nonché l’effetto risultante calcolato in
base al criterio SRSS o CQC come scelto dall’utente.
Nella stampa degli inviluppi viene riportata la tensione e lo sforzo assiale Fx calcolato
secondo la modalità scelta dall’utente nella fase di input riguardante l’assegnazione
dell’intestazione e dei parametri iniziali.
TRAVI, PILASTRI E TRAVI DI FONDAZIONE
Il programma calcola ai due nodi estremi di ogni
elemento e per ogni combinazione di carico sei
sollecitazioni, riferite agli assi locali (come indicato nella
figura a lato):
46
• Fx = forza assiale nella direzione locale x;
• Fy = taglio nella direzione locale y;
• Fz = taglio nella direzione locale z;
• Mx = momento torcente attorno all’asse locale x;
• My = momento flettente attorno all’asse locale y;
• Mz = momento flettente attorno all’asse locale z,
con le seguenti convenzioni sui segni:
• forze positive se concordi con gli assi locali (F);
• momenti positivi se antiorari rispetto gli assi locali, per un osservatore disteso
lungo il corrispondente semiasse positivo (F*L).
Tali convenzioni sono caratteristiche dei codici di calcolo numerico e sono mantenute
soltanto nelle stampe globali. Nelle rappresentazioni grafiche e nelle stampe delle verifiche
di sicurezza vengono invece adottate le convenzioni tipiche della Scienza delle
Costruzioni.
In caso di analisi sismica con il metodo statico equivalente viene riportato un prospetto
riguardante il peso sismico del gruppo, le coordinate baricentriche relative, il coefficiente di
distribuzione globale del gruppo funzione della sua quota, il coefficiente globale ricavato
dal precedente in base ai parametri sismici, la forza sismica relativa.
Nell’analisi dinamica vengono calcolate le medesime sollecitazioni per ognuna delle tre
azioni sismiche previste (Z eventuale). Viene evidenziato il modo di vibrazione che dà
luogo all’effetto massimo, il valore di tale effetto (con segno), la risultante dovuta alla
combinazione di tutti i modi di vibrazione mediante il criterio prescelto dall’utente.
Per le travi di fondazione il programma calcola ai due nodi estremi della trave e in tutti i
punti intermedi generati per effetto della suddivisione della trave di fondazione, per ogni
combinazione di carico:
• Fy = taglio nella direzione locale y (F);
• Mx = momento torcente attorno asse locale x (F*L);
• Mz = momento flettente attorno asse locale z (F*L);
• UZ = spostamento lungo Z (L);
• rX = rotazione intorno X (rad);
• rY = rotazione intorno Y (rad);
• pressione sul suolo (F/L2).
GUSCI
47
Il programma propone i risultati al “centro” di ogni elemento.
Per ogni elemento e per ogni combinazione di carico statica
vengono evidenziate:
• Sxx (F/L2);
• Syy (F/L2);
• Sxy (F/L2);
• Mxx (F*L/L);
• Myy (F*L/L);
• Mxy (F*L/L);
• σidsup (F/L2);
• σidinf (F/L2).
• Sxx, Syy, Sxy rappresentano le tensioni membranali (vedi figura)
• Mxx rappresenta il momento flettente (per unità di lunghezza) che
produce tensioni in direzione locale x; analogamente per Myy;
• Mxy rappresenta il momento torcente (sempre per unità di lunghezza).
Le tensioni ideali σidsup (al bordo superiore, ovvero sul semiasse positivo dell’asse
locale z) e σidinf sono calcolate mediante il criterio di Huber-Hencky-Mises. I momenti
flettenti generano ai bordi dell’elemento delle tensioni valutate in base al modulo di
resistenza dell’elemento. Le tensioni da momento flettente Mxx si sovrappongono alle
tensioni Sxx, con segno positivo al bordo superiore, con segno negativo al bordo inferiore
(analogamente per Myy e Syy). Gli effetti tensionali da momento torcente vengono
sovrapposti a Sxy.
Le convenzioni sui segni dei momenti sono caratteristiche dei codici di calcolo
automatici e sono mantenute solo nelle stampe dei risultati conseguenti all’elaborazione
strutturale, nelle rappresentazioni grafiche e nelle stampe dei postprocessori vengono
invece adottate le convenzioni tipiche della Scienza delle Costruzioni.
Nell’analisi dinamica, per ogni direzione sismica e per ogni elemento, viene indicato il
modo che dà luogo all’effetto massimo, la risultante per sovrapposizione modale per Sxx,
Syy, Sxy, Mxx, Myy, Mxy.
Nel calcolo degli inviluppi viene effettuata la sovrapposizione. Anche in questo caso
vengono calcolate le tensioni ideali.
Nell’analisi statica e negli inviluppi dinamici, fra i risultati, alla fine di ogni gruppo
vengono riportati i massimi delle tensioni (comprese quelle ideali) e dei momenti, nonché il
numero dell’elemento e la combinazione di carico relativa.
48
ELEMENTO IN STATO PIANO DI TENSIONE, STATO PIANO DI DEFORMAZIONE,
ASSIALSIMMETRICI
Il programma calcola le tensioni (F/L2) al centro di ogni elemento.
Per ogni elemento e per ogni combinazione di carico statica vengono evidenziate:
• S11;
• S22;
• S33 (sempre nullo per l’elemento in stato piano di tensione);
• S12;
• Smax;
• Smin;
• Angolo.
Per il significato di S11, S22, S12 si osservino le figure successive. La tensione S33 è
ortogonale al piano dell’elemento ed è,
per definizione, nulla per l’elemento in
stato piano di tensione. La tensione è
positiva se diretta verso l’osservatore
(che vede i nodi dell’elemento
susseguirsi, da I a L, in verso antiorario).
Le tensioni Smax e Smin
rappresentano le tensioni principali.
L’angolo riportato fra i risultati
rappresenta l’angolo in gradi sessagesimali compreso fra l’asse locale 11 e la direzione di
Smax. In questo modo le tensioni principali sono completamente note, in valore, direzione
e verso.
Nell’analisi dinamica, per ogni direzione sismica e per ogni elemento, vengono riportate
le tensioni S11, S22, S33, S12 nei punti desiderati (a seconda dell’opzione di stampa
scelta), specificando altresì il modo di vibrazione che dà luogo all’effetto massimo, il valore
di tale effetto (con segno), la risultante dovuta a tutti i modi di vibrazione (secondo il
metodo SRSS o CQC scelto).
49
Per ogni gruppo, per l’analisi statica e per gli inviluppi dinamici, in stampa viene
riportato un prospetto riepilogativo riguardante i valori massimi negativi e positivi delle
tensioni, nonché gli elementi e le combinazioni di carico interessate.
VINCOLI
In stampa vengono fornite, per ogni nodo vincolato, le reazioni corrispondenti ai vincoli
assegnati. Per quanto concerne i versi si tenga presente che è stata adottata la
convenzione tradizionale. In generale le forze vincolari (unità di misura F) sono positive se
vanno nel verso dell’asse di riferimento, i momenti (F*L) sono positivi se antiorari per un
osservatore disposto lungo il corrispondente semiasse positivo; tali sollecitazioni tendono
a contrastare deformazioni di segno opposto.
Per quanto concerne i vincoli comunque disposti nello spazio vale la stessa regola: se
uno spostamento è positivo tende ad allontanare il nodo N da I; la conseguente reazione è
di segno opposto, cioè negativa.
Nell’analisi dinamica, per ogni direzione, per ogni nodo vincolato, viene indicato il modo
che dà luogo all’effetto massimo e il relativo valore; viene anche indicato il risultato
complessivo calcolato a partire dai singoli effetti modali. Nella stampa degli inviluppi viene
calcolata la risultante obbedendo alla modalità scelta dall’utente.
PLINTI
La procedura calcola le rigidezze del plinto e le assegna come avviene per un
elemento “vincolo” disposto secondo le direzioni globali X ,Y ,Z. Pertanto i risultati per un
plinto corrispondono a quelli proposti per l’elemento “vincolo”. Nelle verifiche vengono
invece riportati i risultati secondo le direzioni locali, come più consueto.
La rigidezza alla traslazione verticale del plinto viene calcolata moltiplicando l’area del
plinto per la costante di sottofondo.
Le rigidezze alla rotazione rispetto ai due assi locali x e y vengono calcolate
moltiplicando il relativo momento d’inerzia flessionale per la costante di sottofondo. Tali
rigidezze alla rotazione vengono quindi riportate agli assi globali X e Y con le usuali regole
di trasformazione, perché il programma tratta i vincoli come se fossero assegnati secondo
le direzioni globali.
Le due rigidezze alla traslazione secondo gli assi globali X e Y, nonché la rigidezza alla
rotazione intorno l’asse globale Z vengono automaticamente poste ad un valore elevato,
50
che dà luogo a deformazioni trascurabili. Si assume infatti che il plinto non possa spostarsi
nel piano orizzontale e ruotare intorno all’asse verticale Z.
Criteri di progetto e calcolo
La scatola di fondazione può essere considerata una box-type foundation (BTF), come
descritta nell’EC8 (EN 1998-1:2004), in quanto presenta una soletta di cls, posta a livello
2, che funziona da impalcato rigido, e muri in c.a. perimetrali, collegati tra di loro da una
platea a livello 0.
Il comportamento a BTF è inoltre garantito in quanto tutte le strutture che proseguono
nell’interrato, sono adeguamente collegate a livello di fondazione e le aperture nei muri
perimetrali sono limitate, così da evitare una eccessiva deformabilità e togliere rigidezza
alla scatola.
In generale, è facile constatare che una struttura che poggia su una struttura di elevata
rigidezza (come la BTF) riproduce la stessa risposta dinamica della medesima struttura
considerata incastrata al livello del basamento scatolare.
Anche nel caso in questione si può constatare che le deformate modali più significative
(quelle che coinvolgono, nella rispettiva analisi, una gran parte della massa modale), si
presentano uguali di forma e nella stessa sequenza. Anche gli spostamenti nei due sistemi
(misurati all’ultimo impalcato) si presentano molto simili.
Si riportano a titolo puramente esemplificativo il confronto effettuato per il corpo A
relativamente ai modi di vibrare:
51
SOVRASTRUTTURA SU BTF
Primo modo di vibrare
Secondo modo di vibrare
Terzo modo di vibrare
52
SOVRASTRUTTURA INCASTRATA ALLA BASE
Primo modo di vibrare
Secondo modo di vibrare
Terzo modo di vibrare
53
Le schermate riportate confermano che il BTF tende a comportarsi come un corpo rigido,
con due effetti benefici a livello della sovrastruttura:
- impone rotazione identica nelle zone di attacco della sovrastruttura (ad. es. base dei
pilastri che spiccano dai muri) ;
- tende a filtrare gli effetti dell’azione sismica, trasferiti all’elevazione, attenuando la
possibilità di distribuzione impreviste o imprevedibili.
Questo fa si che la risposta dinamica della sovrastruttura possa essere considerata come
quella che si avrebbe considerandola isolata.
Pertanto, in termini di modellazione, la sovrastruttura è stata calcolata considerata
incastrata alla base, come struttura dissipativa, con il fattore di struttura esplicitato nel par.
relativo all’Azione sismica, q = 2.40. La scatola di fondazione (platea di fondazione, muri
perimetrali e interni, pilastri e solette fino al livello 2 della copertura dell’interrato), invece, è
stata calcolata, considerando q=2.4/1.1=2.2. In questo modo sono state dimensionate le
strutture di fondazione ai sensi del §7.2.5 del DM 14.01.2008 che richiede di assumere
come “azioni in fondazione le resistenze degli elementi strutturali soprastanti”, le quali
tuttavia devono risultare “non maggiori dei quelle trasferite dagli elementi soprastanti,
amplificate con un γRd pari a 1,1 in CD”B” e 1,3 in CD”A”, e comunque non maggiori di
quelle derivanti da un’analidi elastica della struttura in elevazione eseguita con un fattore
di struttura q pari a 1”. Infatti, adottando un modello di calcolo completo (sovrastruttura +
BTF) con q ridotto di un fattore 1,1 (per CD”B”) si ottengono negli elementi di fondazione
sollecitazioni amplificate di 1,1. Se tali azioni fossero maggiori di quelle resistenti, tale
scelta risulterebbe dalla parte della sicurezza.
È stato poi verificato che la scatola di fondazione rimanga in campo elastico.
Verranno riportati di seguito gli schemi assonometrici dei modelli impiegati nella
progettazione: quelli delle sovrastrutture dei diversi corpi con vincoli di incastro alla base e
quello del sistema globale (BTF + sovrastrutture). Sono riportati, inoltre, le sollecitazioni e
gli spostamenti più significativi.
54
Nuovo Burlo Garofolo – schemi assonometrici dei mod elli:
Schema assonometrico completo
NB: I carichi sul modello di calcolo sono stati inseriti tutti correttamente così come illustrati
nell’analisi dei carichi. I carichi e sovraccarichi dei solai sono stati assegnati alle mesh di
solaio in daN/m2, le tamponature esterne sono carichi perimetrali in daN/m mentre gli
elementi di facciata prefabbricati sono carichi puntuali inseriti opportunamente in nodi
perimetrali dei solai così come illustrato nelle tavole grafiche.
55
Schema assonometrico sovrastruttura corpo A
Numerazione nodi pilastri:
Numerazione nodi setti:
56
57
Schema assonometrico sovrastruttura corpo B
Numerazione nodi pilastri:
58
Numerazione nodi setti:
Schema assonometrico sovrastruttura corpo C
59
Numerazione nodi pilastri:
Numerazione nodi setti:
60
Schema assonometrico sovrastruttura corpo D
Numerazione nodi pilastri:
61
Numerazione nodi setti:
Risultati comportamento dinamico
Risultati comportamento dinamico corpo A :
Primo modo di vibrare T=0.47s
62
Secondo modo di vibrare T=0.46s
Terzo modo di vibrare T=0.28s
63
Risultati comportamento dinamico corpo B: Primo modo di vibrare T=0.45s
Secondo modo di vibrare T=0.37s
64
Terzo modo di vibrare T=0.33s
Risultati comportamento dinamico corpo C: Primo modo di vibrare T=0.47s
65
Secondo modo di vibrare T=0.42s
Terzo modo di vibrare T=0.32s
66
Risultati comportamento dinamico corpo D: Primo modo di vibrare T=0.66s
Secondo modo di vibrare T=0.48s
67
Terzo modo di vibrare T=0.37s
Diagramma di inviluppo sforzo normale sui pilastri- bielle 40x40:
Sforzo normale sui pilastri corpo A:
68
Sforzo normale sui pilastri corpo B:
Sforzo normale sui pilastri corpo C:
69
Sforzo normale sui pilastri corpo D:
Diagramma di inviluppo momenti flettenti sui setti/ nuclei:
Momenti fletteneti sui setti corpo A
70
Momenti fletteneti sui setti corpo B
Momenti fletteneti sui setti corpo C
71
Momenti fletteneti sui setti corpo D
Diagramma di inviluppo sforzo normale sui setti/nuc lei:
Sforzo normale sui setti corpo A
72
Sforzo normale sui setti corpo B
Sforzo normale sui setti corpo C
73
Sforzo normale sui setti corpo D
Inviluppo spostamenti massimi allo SLV:
Spostamenti massimi allo SLV corpo A:
74
Spostamenti massimi allo SLV corpo B:
Spostamenti massimi allo SLV corpo C:
Spostamenti massimi allo SLV corpo D: