La progettazione delle strutture in vetro
parte terza:
Realizzazioni e progetti di strutture in vetro
Ing. Gerardo Masiello
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La Spezia, 25 settembre 2015
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Realizzazioni
Opere realizzate • Centrale solare "Diamante "
• Scala della Loggia dei Banchi, Pisa
• Pinne di facciata "Onda Bianca", Porta Nuova Milano
• Solaio in vetro, Cisternone dell’Acquedotto, Asciano (PI)
• Opere in vetro per la riqualificazione dei vecchi Macelli
del comune di Pisa
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Pinne di facciata – Edificio "Onda Bianca", Milano
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Pinne di facciata – Edificio "Onda Bianca", Milano
Apple Cube, New York
Descrizione • altezza edificio: 35 m
• sviluppo in pianta della facciata: 140 m
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Pinne di facciata – Edificio "Onda Bianca", Milano
Descrizione • pressione massima stimata 1.8 kN/m2
• pannelli in vetro 4600x1130 mm, vetro temperato 8+1.52+8
mm, interlayer SGP®
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Modello Numerico • 11655 nodi; 10631 elementi piani a 4 nodi; 2676
elementi solidi a 8 nodi
• contatto unilaterale vetro-alluminio ed alluminio
acciaio
• analisi non lineare
Pinne di facciata – Edificio "Onda Bianca", Milano
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Modello Numerico • 11655 nodi; 10631 elementi piani a 4 nodi; 2676
elementi solidi a 8 nodi
• contatto unilaterale vetro-alluminio ed alluminio
acciaio
• analisi non lineare
Andamento della massima tensione principale di trazione Deformata
Pinne di facciata – Edificio "Onda Bianca", Milano
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Opere in vetro – Vecchi Macelli Pubblici di Pisa
Descrizione Riqualificazione dei Vecchi Macelli Pubblici
Installazione:
• solai in vetro
• parapetti in vetro
• travi in vetro
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Descrizione Riqualificazione dei Vecchi Macelli Pubblici
Installazione:
• solai in vetro
• parapetti in vetro
• travi in vetro
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Trave in vetro laminato con armatura passiva di luce 5790 mm
• lastre in vetro laminato 10+12+12+10 mm con interlayer SGP 1.52mm
• sezione trasversale rettangolare 48.56 x 368 mm
• barra in acciaio inox di sezione rettangolare 25.5 x 30 mm
• schema statico: trave in semplice appoggio
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Parapetti di vetro fissati puntualmente alla trave di vetro
• lastre in vetro laminato 12+12 mm con interlayer PVB 1.52mm
• lastra interna temperata termicamente, lastra esterna indurita
• altezza del parapetto 1500 mm
• fissaggio puntuale trave-parapetto
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Travi in vetro laminato di luce 2140 mm
• lastre in vetro laminato 19+19+10+10 mm con interlayer PVB ed SGP 1.52mm
• altezza del parapetto 1100 mm
• schema statico: trave in semplice appoggio
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Piano di calpestio del soppalco situato sopra le cellette laterali
• lastre in vetro laminato 8+10+8 mm con interlayer PVB 1.52mm
• forma rettangolare, dimensione massima 2300x1425mm
• schema di vincolo: semplice appoggio continuo su 4 lati
Piano di calpestio poggiante sulle travi in vetro
• lastre in vetro laminato 8+10+8 mm con interlayer PVB 1.52mm
• forma rettangolare, dimensione massima 2155x1760mm
• schema di vincolo: semplice appoggio continuo su 4 lati
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Caratteristiche dell’opera
Caratteristiche dei materiali
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Azioni di progetto
Carichi permanenti strutturali e non strutturali (§3.1.2 e 3.1.3 NTC)
Carichi variabili (§3.1.4 NTC)
Azioni della temperatura (§4.7.3 CNR-DT 210/2013):
si assume una temperatura interna convenzionale dell’aria pari a 20°C.
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Modellazione numerica ed analisi
Codice di calcolo: Straus7
Modellazione acciaio inox
Modellazione vetro (§6.2.1 CNR-DT 210/2013)
Modellazione interlayer PVB e SGP (§6.2.2.2 CNR-DT 210/2013)
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Verifica del piano di calpestio del soppalco situato sopra le cellette laterali
• 27456 elementi BRICK
• appoggio continuo su 4 lati
• temperatura di esercizio 20°C
• tempo di applicazione dei carichi 60sec
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Verifica del piano di calpestio del soppalco situato sopra le cellette laterali
Resistenza di progetto del vetro
Verifiche di resistenza
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Verifica del piano di calpestio del soppalco situato sopra le cellette laterali
Verifiche di resistenza SLU (pre-rottura)
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Verifica del piano di calpestio del soppalco situato sopra le cellette laterali
Verifiche di resistenza SLC (post-rottura): lastra superiore rotta
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Verifica delle travi in vetro laminato di luce 2140 mm
• 25380 elementi BRICK
• vincolo di trave in semplice appoggio e vincolo torsionale
• temperatura di esercizio 20°C
• tempo di applicazione dei carichi 60sec
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Verifica delle travi in vetro laminato di luce 2140 mm
Resistenza di progetto del vetro
Verifiche di resistenza Per azioni agenti nel piano della lastra:
Per azioni ortogonali al piano della lastra:
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Verifica delle travi in vetro laminato di luce 2140 mm
Verifiche di resistenza SLU
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Verifica delle travi in vetro laminato di luce 2140 mm
Verifiche di resistenza SLU - oriz
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Verifica della trave in vetro laminato con armatura passiva di luce 5790 mm
• 1 modello numerico della trave
• 1 modello numerico della trave + parapetti
• 1 modello analitico della trave
• schema statico: trave semplicemente appoggiata
• temperatura di esercizio 20°C
• tempo di applicazione dei carichi 60sec
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Verifica della trave in vetro laminato con armatura passiva di luce 5790 mm
Resistenza di progetto del vetro
Verifiche di resistenza
Per gli elementi in vetro della trave:
Per gli elementi in vetro del parapetto:
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Verifica della trave in vetro laminato con armatura passiva di luce 5790 mm
1° modello numerico
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1° modello numerico
Verifiche di deformabilità (SLE)
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2° modello numerico
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2° modello numerico
Verifiche di deformabilità (SLE)
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Verifica della trave in vetro laminato con armatura passiva di luce 5790 mm
Modello analitico
Metodo n – sezione omogeneizzata
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Verifica della trave in vetro laminato con armatura passiva di luce 5790 mm
Modello analitico
Metodo n – sezione omogeneizzata:
Verifiche di resistenza SLU:
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Modello analitico
Metodo n – sezione omogeneizzata:
Verifiche di deformabilità SLE:
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Campagna di prove sperimentali su 6 campioni di trave
acciaio
vetro
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Campagna di prove sperimentali su 6 campioni di trave
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50,00
60,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00
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[k
N]
Tempo [min.]
Programma di carico
Campione ricotto (A)
Campionione indurito (HS)
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cella di carico
induttivo
traversa fissa
traversa mobile
induttivo
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Spostamento [mm]
Carico spostamento
Induttivo_1sx
Induttivo_1dx
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Verifica della trave in vetro laminato con armatura passiva di luce 5790 mm
Modello analitico
Metodo n – sezione omogeneizzata:
Verifiche di resistenza SLU:
Opere in vetro – Vecchi Macelli Pubblici di Pisa
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Opere in fase di progettazione – Passerella
pedonale di collegamento tra edifici storici
Nuovo collegamento
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Opere in fase di progettazione – Passerella
pedonale di collegamento tra edifici storici
Nuovo collegamento Collegamento esistente
Vista da Ponte di Mezzo
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Opere in fase di progettazione – Passerella
pedonale di collegamento tra edifici storici
Vista dalla torre di Palazzo Pretorio
Vista da Corso Italia
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Opere in fase di progettazione – Passerella
pedonale di collegamento tra edifici storici
Le necessità progettuali:
• Massima attenzione nei confronti dei due edifici storici, elementi
centrali di tutto l’intervento di riqualificazione;
• Intervento minimale e conservativo;
• Massima trasparenza e minima invasività visiva ed architettonica;
• Luce prevista 9,15 m;
• Sconnessione strutturale tra gli edifici caratterizzati da risposte
sismiche diverse;
• Capacità di rispondere ad eventuali cedimenti differenziali;
• Fail-safe design per garantire la sicurezza degli utenti ed i sottostanti
passanti di Corso Italia.
Il progetto prevede la realizzazione di una passerella pedonale realizzata
completamente in vetro, adibita al collegamento tra Palazzo Pretorio e Palazzo delle
Logge di Banchi, due importanti edifici storici di Pisa attualmente sedi degli uffici
amministrativi della città.
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Passerella pedonale in vetro: scelte progettuali
In virtù dei progressi produttivi degli ultimi
anni è possibile trovare in commercio
aziende capaci di realizzare grandi lastre
monolitiche in vetro di dimensioni pari a
oltre 12 m.
Massima
trasparenza
Sicurezza
strutturale
Jumbo glass slab:
lastre monolitiche laminate
Comportamento scatolare
e reciproca stabilizzazione
delle lastre
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Passerella pedonale in vetro: scelte progettuali
Capacità di risposta a
cedimenti differenziali
Risposta sismica
differenziata tra gli
edifici di appoggio
Struttura globalmente
isostatica sia in senso
verticale che trasversale
Rotazioni rigide nel piano
verticale e trasversale
Vista in pianta Vista laterale
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Passerella pedonale in vetro: scelte progettuali
La struttura è costituita da solo 7 elementi
• Copertura: lastra monolitica (9000 x 2115
mm) in vetro laminato 12+12+12 mm con
interlayer SGP 1.52mm
• Parete sinistra: lastra monolitica (9000 x
2910 mm) vetro laminato 12+12+12+12
mm con interlayer SGP 1.52 mm
• Parete destra: lastra monolitica (9000 x
3055 mm) vetro laminato 12+12+12+12
mm con interlayer SGP 1.52 mm
• Piano di calpestio: 4 lastre (1960 x 1700
mm) vetro laminato 12+12+12+12 mm con
interlayer SGP 1.52 mm
In tutti i casi è previsto l’uso di vetro indurito
per le lastre interne e temperato per le
esterne.
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Passerella pedonale in vetro: scelte progettuali
Lastra 12+12+12 mm interlayer SGP 1.52 mm
9000 x 2115 mm
Lastra 12+12+12+12 mm interlayer SGP 1.52 mm
9000 x 2115 mm
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Passerella pedonale in vetro: scelte progettuali
Lastra 12+12+12+12 mm interlayer SGP 1.52 mm
9000 x 3055 mm
4 lastre 12+12+12+12 mm interlayer SGP 1.52 mm
1970 x 1700 mm
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Passerella pedonale in vetro: scelte progettuali
Predimensionamento
della struttura
Calcolo degli spessori
equivalenti
Realizzazione di un
modello globale
equivalente della
struttura
Realizzazione di
modelli FEM 3D dei
dettagli costruttivi
Le lastre laminate vengono
equiparate ad una lastra
monolitica equivalente sollecitata
ortogonalmente al piano medio
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Passerella pedonale in vetro: spessori equivalentiIndividuata la freccia dovuta al carico
di progetto ortogonale al piano
medio, si procede eguagliando la
deflessione ricavata dal modello con
la trave di spessore equivalente.
∆max 1,06 [mm]
l 1700,00 [mm]
b 1000,00 [mm]
q 5,00 [KN/m]
E 70000,00 [Mpa]
JX 7301391,25 [mm4]
h 52,56 [mm]
h 44,41 [mm]
- 84,50 [%]
Spessore reale
Spessore equivalente
Momento d'inerzia eq.
Efficienza
Carico distribuito
Modulo elastico (E)
Output
Freccia calcolata
Lunghezza
Larghezza
Calcolo dello spessore equivalente di lastre di vetro stratificate
SGP - 30° - 1 mese (E=34,70 Mpa)
Input
∆max 0,70 [mm]
l 1700,00 [mm]
b 1000,00 [mm]
q 5,00 [KN/m]
E 70000,00 [Mpa]
JX 11057580,28 [mm4]
h 52,56 [mm]
h 51,01 [mm]
- 97,04 [%]
Freccia calcolata
Output
Momento d'inerzia eq.
Spessore reale
Spessore equivalente
Calcolo dello spessore equivalente di lastre di vetro stratificate
Input
Larghezza
Efficienza
Lunghezza
Carico distribuito
Modulo elastico (E)
SGP - 10° - 1 mese (E=499,00 Mpa)
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Passerella pedonale in vetro: spessori equivalenti
Il comportamento della lastra
laminata è influenzato dalle
caratteristiche meccaniche
dell’interlayer utilizzato.
Caratteristiche meccaniche
variabili in funzione della:
• Durata del carico;
• Temperatura di esercizio;
Differenza di comportamento a 10° e 30°
di una lastra laminata con DG41
Blu = compressione Rosso = Trazione
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Passerella pedonale in vetro: modello globale
Modello globale costituito da:
• 82803 nodi;
• 176 beam;
• 27676 plate;
• 1906 link;
Modello globale della passerella, realizzato
con elementi plate caratterizzati da:
• spessore effettivo per le sollecitazioni nel
piano medio;
• spessore equivalente per le sollecitazioni
ortogonali al piano medio (temperatura
30°C durata del carico 1 mese)
Particolare connessione piano calpestio – parete laterale.
Link utilizzati per simulare la congruenza degli
spostamenti
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Passerella pedonale in vetro: modello globale
Deflessione DX dovuta al carico ventoDeflessione DZ combinazione SLU (Folla)
Tensioni Von Mises (piano medio) combinazione SLU (Folla)Tensioni Von Mises nell’intorno delle connessioni
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Passerella pedonale in vetro: le connessioni
Tensioni Von Mises combinazione SLU (Folla)
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Passerella pedonale in vetro: le connessioni
Individuate le sollecitazioni relative
alle connessioni con il modello
globale, sono stati realizzati modelli
dettagliati con elementi brick 20
nodi delle connessioni.
Il contatto acciaio/alluminio e
vetro/alluminio simulato tramite
analisi non lineare.
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Passerella pedonale in vetro: le connessioni
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Passerella pedonale in vetro: le connessioni
Deflessione dovuta al carico vento
Tensioni secondo Von Mises (SLU Folla)
Le linee principali risultano coerenti con il
modello globale basato sugli spessori equivalenti
Tensioni secondo Von Mises (SLU Folla) nell’intorno
del foro di connessione al telaio principale di supporto
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grazie per l’attenzione
