NAPOLI, 17 dicembre 2010
LE NUOVE STRUTTURE IN ACCIAIO
Università degli Studi di Napoli Federico II
www.raffaelelandolfo.it
Raffaele Landolfo
CORSO PER COLLAUDATORI
INDICE
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche
• Considerazioni introduttive
• Criteri di progetto per le strutture di acciaio
• Regole di dettaglio per strutture dissipative
• Regole di dettaglio per le strutture intelaiate (MRF)
• Regole di dettaglio per i controventi concentrici (CBF)
• Regole di dettaglio per i controventi eccentrici (EBF)
• Considerazioni conclusive
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 3Prof. R. Landolfo
CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE
Le norme: generalità
Principali normative sismiche
• Ordinanza della P.C. n. 3274
• CEN, EN 1998-1 (2005)Eurocode 8: Design of structures for
earthquake resistence
• ECCS n.54 (First edition 1988)European recommendations for steel
structures in seismic zones
Prerogative e/o aspetti innovativi
Diverse strategie di progettazione
Filosofia di progetto agli Stati Limite
Approccio MULTIPRESTAZIONALE
Norme specifiche per ogni tipologia costruttiva (ca, acciaio, murature, legno, etc)
• D.M. 14.09.2005 Norme Tecniche
IN EUROPA
IN ITALIA
• D.M. 14.01.2008 Norme Tecniche
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 4Prof. R. Landolfo
Considerazioni Introduttive
• Multi-Livelli di intensità sismica
• Multi-Livelli di prestazioneObiettivi di progetto
•Definizione di diversi livelli di prestazione (performance) daassumere come riferimento per la progettazione sismica
•Definizioni di corrispondenti livelli di intensità sismica associati aduna determinata probabilità di superamento ed in funzione di unarco temporale di riferimento per la vita della costruzione
•Classificazione delle costruzioni in funzione della loro destinazioned’uso e del ruolo che devono svolgere nella fase post evento
Aspetti chiave
Performance Based Seismic Design
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 5Prof. R. Landolfo
Considerazioni Introduttive
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 6Prof. R. Landolfo
Considerazioni Introduttive
SLD
SLO
SLV
SLC
SLO (Stato Limite di Operatività): la costruzione nel suo complesso, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi
SLV (Stato Limite di salvaguardia della Vita): a seguito del terremoto la costruzione subisce significativi danni dei componenti strutturali
SLE
SLU
SLD (Stato Limite di Danno): la costruzione nel suo complesso, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali
SLC (Stato Limite di Collasso): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali
LIVELLI PRESTAZIONALI
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 7Prof. R. Landolfo
Considerazioni Introduttive
Stati Limite fondamentali
Stato Limite di Danno (SLD)
• Livello prestazionale:
Il sistema (includendo anche gli elementi non
strutturali) non deve subire gravi danni,
conservando intatta la sua funzionalità.
• Evento:
Sisma moderatamente frequente Tr=50 anni
(Terremoto di servizio o di I Livello)
• Parametro di prestazione:
Deformabilità o Rigidezza
Stato Limite Ultimo (SLU)
• Livello prestazionale:
Il sistema pur subendo danni di grave entità
agli elementi strutturali deve garantire la
salvaguardia delle vite umane.
• Evento:
Sisma raro Tr=475 anni.
(Terremoto Distruttivo o II Livello)
• Parametro di prestazione:
Resistenza (R)
F0 = fattore che quantifica l’amplificazione
spettrale massima (min 2,2)
Tc* = periodo a cui corrisponde l’inizio del
tratto a velocità costante dello spettro
L’azione sismica (NTC / 08)
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 8Prof. R. Landolfo
ag = accelerazione di picco o PGA
S = fattore per categoria di suolo
= fattore di smorzamento (per 5%)
PERICOLOSITA’
SISMICA DI BASE
T
Sa
TDTB TC
Spettro elastico
in termini
di accelerazioni
Se
ag · S · · F0
ag·S
Definita in base alla latitudine e alla longitudine del sito
per ciascuna PVR
SPECIFICITA’
LOCALI DEL SITO
Amplificazione stratigrafica (SS CC)
Amplificazione topografica (ST)
TB , TC , TD = periodi di riferimento
in funz. di
F0 e Tc*
Considerazioni Introduttive
Come fronteggiare accelerazioni
orizzontali di questa intensità
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 9Prof. R. Landolfo
L’azione sismica di progetto
amax = ag · S · · F0 ≈ g
Considerazioni Introduttive
Moderne strategie di progetto
Sistemi a risposta
Controllata
nell’ingegneria sismica
Sistemi acontrollo passivo
Sistemi a controllo
attivo
Sistemiiper-resistentinon controllati
Isolamentosismico
Sistemi dissipativi
Speciali
Ordinari
Meccanismia massa
Meccanismia massa
Controllorigidezza
Controlloforze
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 10Prof. R. Landolfo
Considerazioni Introduttive
La duttilità ed il fattore di struttura q (SLU)
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 11Prof. R. Landolfo
Strutture non
dissipativeMi
k
Fi= (a/g)·Mi·g
11
1 y
max
x
xqFd1
xy1 xmax
F
Fd2Strutture mediamente
dissipative Mi
k
Fi= (a/g)·Mi·g
12
2 y
max
x
xq
xy2
Hp: Equivalenza cinematicaxep=xel
x
Strutture fortemente
dissipativeFd3
xy3
Mi
k
Fi= (a/g)·Mi·g
13
3 y
max
x
xq
Sa
Strutture non diss Sd1=Se
Strutture med. diss.
Sd2 = Se / q2
Strutture alt. diss.
Sd3 = Se / q3
Spettri di progetto
T
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 12Prof. R. Landolfo
L’azione sismica di progetto
Come si progetta
una struttura duttile
Considerazioni Introduttive
F F
ELEMENTO FRAGILE
Cubo di
calcestruzzo
0.85
fcd
20/00 3.50/00 ec
ELEMENTO DUTTILE
Barretta di acciaio
fy,k
100/00
s
fy,d
ey,d
Es
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 13Prof. R. Landolfo
La duttilità
Considerazioni Introduttive
1 CASO: la resistenza dell’elemento duttile è più grande dell’elemento fragile
FRD >> FRF
FRF
La resistenza globale sarà governata dall’elemento fragile:
IL COMPORTAMENTO GLOBALE E’ FRAGILE
F F
FRD
x
F
+
F
x
=
x
F
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 14Prof. R. Landolfo
La duttilità
Considerazioni Introduttive
2 CASO: la resistenza dell’elemento duttile è minore dell’elemento fragile
FRD < FRF
La resistenza globale sarà governata dall’elemento duttile:
IL COMPORTAMENTO GLOBALE E’ DUTTILE
F F
FRD
x
F
FRF
x
F
+
F
x
=
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 15Prof. R. Landolfo
La duttilità
Considerazioni Introduttive
ESEMPI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE:
• nella struttura
Favorire la crisi
nelle travi
• negli edificiImpalcato
Fondazioni
Elemento duttile
Elemento
sovraresistente
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 16Prof. R. Landolfo
ESEMPI DI GERARCHIA DELLE RESISTENZE:
• nei collegamentiTrave
Colonna
Elemento fragile
(sovraresistente)
ColonnaColonna
Fondazione
• negli elementiFavorire la crisi per flessione
rispetto a quella per taglio
Rottura a taglio, fragileRottura flessionale, duttile
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 17Prof. R. Landolfo
• nella sezioneElemento fragile
(sovraresistente)
Elemento duttilecrisi lato acciaio
sovraresistenza sezione netta
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 18Prof. R. Landolfo
• Attraverso delle regole di dettaglio si cercherà di conferire la MASSIMA DUTTILITA’ alle
zone dissipative (e quindi all’intera struttura)
• Attraverso dei criteri (GERARCHIA DELLE RESISTENZE) si farà in modo che la
resistenza degli elementi fragili sia sempre maggiore di quella degli elementi duttili
(ELEMENTI SOVRARESISTENTI)
FRF ≥ a FRD
x
Fμ maggiore possibile
Filosofia di Progetto
• Individuazione preliminare degli elementi duttili o zone dissipative, destinate alla
plasticizzazione, e degli elementi fragili, destinati a restare in campo elastico.
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 19Prof. R. Landolfo
Materiale
y
u
e
e 0
Prova a trazione
Parametri meccanici
y
u
f
f0Duttilità Sovraresist.
Membratura
Prova a flessione
Parametri meccanici
Duttilità Sovraresist.y
u
y
pl
M
M
Classificazione delle sezioni (prEN 1993-1-1)
Tipologia e schemastrutturale
Prova di Push-Over
Parametri meccanici
y
u
Duttilità
y
u
a
a Sovraresist.
Livelli di duttilità
II) Duttilità locale
III) Duttilità globale
I) Duttilità puntuale
Duttilità e Sovraresistenza
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 20Prof. R. Landolfo
IL MATERIALE
Considerazioni Introduttive
Indagini sperimentali: La prova a trazione
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 21Prof. R. Landolfo
Interpretazione
S235 S420W
F
F
F
F
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 22Prof. R. Landolfo
e (%)
fy,d
ee
E=tan(a)
amm
Il modello meccanico del materiale
fy,maxincrudimento
aleatorietà
ft
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 23Prof. R. Landolfo
LE MEMBRATURE
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 24Prof. R. Landolfo
Prodotti siderurgici
industrializzati
Profilati laminati a
caldo
Laminati piani e coils
Lamiere (t>3mm)Lamierini (t3 mm)
Profili formati a
freddo
Profilati per composizione
saldata
Processo
•Laminazione a caldo
•Laminazione a freddo
• Laminazione a caldo
• Trafilatura (*)
• Lavorazione a freddo
con saldatura (*)
• Laminazione a caldo
con saldatura (*)
IFB SFBAlveolate
Lamiere grecateProfili a Z o C
• Piegatura a freddo
- Profilatura
- Pressopiegatura
- Stampaggio
HE IPE UPN OHS (*)
Le Membrature
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 25Prof. R. Landolfo
plypl WfM WfM yy plyult WfM
fy
Moment
LocalBuckling
fy
Moment
LocalBuckling
fy
Moment
LocalBuckling
Mel
fy
Moment
LocalBuckling
Mel
Model of
Behaviour
Moment
ResistanceRotation Capacity Class
1
1
1
1
1
1
1
1
Sufficient
Limited
None
None
MMpl
MMpl
MMpl
MMpl
1
2
3
4
Plastic moment
on gross section
Plastic moment
on gross section
Elastic moment
on gross section
Plastic moment on
effective section
Mpl
Mpl
Mpl
Mpl
Mel elastic moment resistance of cross-section
Mpl plastic moment resistance of cross-section
M applied moment
rotation (curvature) of section
rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution
across sectionpl
pl
rot
pl
pl
pl
pl
fy
Moment
LocalBuckling
fy
Moment
LocalBuckling
fy
Moment
LocalBuckling
Mel
fy
Moment
LocalBuckling
Mel
Model of
Behaviour
Moment
ResistanceRotation Capacity Class
1
1
1
1
1
1
1
1
Sufficient
Limited
None
None
MMpl
MMpl
MMpl
MMpl
1
2
3
4
Plastic moment
on gross section
Plastic moment
on gross section
Elastic moment
on gross section
Plastic moment on
effective section
Mpl
Mpl
Mpl
Mpl
Mel elastic moment resistance of cross-section
Mpl plastic moment resistance of cross-section
M applied moment
rotation (curvature) of section
rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution
across sectionpl
pl
rot
pl
pl
pl
pl
fy
Moment
LocalBuckling
fy
Moment
LocalBuckling
fy
Moment
LocalBuckling
Mel
fy
Moment
LocalBuckling
Mel
Model of
Behaviour
Moment
ResistanceRotation Capacity Class
1
1
1
1
1
1
1
1
Sufficient
Limited
None
None
MMpl
MMpl
MMpl
MMpl
1
2
3
4
Plastic moment
on gross section
Plastic moment
on gross section
Elastic moment
on gross section
Plastic moment on
effective section
Mpl
Mpl
Mpl
Mpl
Mel elastic moment resistance of cross-section
Mpl plastic moment resistance of cross-section
M applied moment
rotation (curvature) of section
rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution
across sectionpl
pl
rot
pl
pl
pl
pl
effyrid WfM
fy
Moment
LocalBuckling
fy
Moment
LocalBuckling
fy
Moment
LocalBuckling
Mel
fy
Moment
LocalBuckling
Mel
Model of
Behaviour
Moment
ResistanceRotation Capacity Class
1
1
1
1
1
1
1
1
Sufficient
Limited
None
None
MMpl
MMpl
MMpl
MMpl
1
2
3
4
Plastic moment
on gross section
Plastic moment
on gross section
Elastic moment
on gross section
Plastic moment on
effective section
Mpl
Mpl
Mpl
Mpl
Mel elastic moment resistance of cross-section
Mpl plastic moment resistance of cross-section
M applied moment
rotation (curvature) of section
rotation (curvature) of section required to generate fully plastic stress distribution
across sectionpl
pl
rot
pl
pl
pl
pl
La capacità rotazionale
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 26Prof. R. Landolfo
Le membrature: Metodologia di classificazione
Esterno
InternoAnima
Flangia
Interno
Flangia
Sezioni laminate Sezioni saldate
Anima
EsternoInterno
Interno
Anima
Flangia
Stress distribution
(compression positive)
Effective width b eff
c
beff
1
2
1 0 :
beff = c
1
2
bt bc
beff
0 :
b b ceff c / ( )1
2 1/
Buckling factor k
1
0,43
0
0,57
-1
0,85
1 1
0 57 0 21 0 072
, , ,
c
beff
1
2
1 0 :
beff = c
beff
1
2
btbc
0 :
b b ceff c / ( )1
2 1/
Buckling factor k
1
0,43
1 0
0 578
0 34
,
,
0
1,70
0 1
1 7 5 1712
, ,
-1
23,8
ElementoElementoClasse 1 Classe 2 Class 3
Flangia c / tf 10 e c / tf 11 e c / tf 15 e
Anima soggetta
a flessione d / tw 72 e d / tw 83 e d / tw 124 e
Anima soggetta
a compressione d / tw 33 e d / tw 38 e d / tw 42 e
Limiti di appartenenza
Classe 1 p < 0,5
Classe 2 p < 0,6
Classe 3 p < 0,9 per elementi sottoposti a gradiente di tensione
p< 0,74 per elementi semplicemente compressi
k4.28
/5.0
e
tbf
cr
yp
k4.28
/5.0
e
tbf
cr
yp
Element model
Snellezza locale
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 27Prof. R. Landolfo
Fattore di forma
Incrudimento
Mult
Mpl
My
Mrid
Rapporti b/t delle parti compresse
La classificazione delle sezioni trasversali
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 28Prof. R. Landolfo
La classificazione delle sezioni trasversali
Massimi rapporti b/t
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 29Prof. R. Landolfo
La classificazione delle sezioni trasversali
Massimi rapporti b/t
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 30Prof. R. Landolfo
La classificazione secondo NTC/08: La capacità rotazionale
Le sezioni trasversali degli elementi strutturali si classificano in funzione
della loro capacità rotazionale CJ = JI / JY -1
dove JI / JY sono le curvature corrispondenti rispettivamente al raggiungimento della
deformazione ultima ed allo snervamento.
COMPATTE
CLASSE 1la sezione è in grado di sviluppare una cerniera
plastica avente capacità rotazionale adeguata CJ ≥ 3
CLASSE 2
la sezione è in grado di sviluppare il proprio momento
resistente plastico, ma con capacità rotazionale
limitata CJ ≥ 1,5
MODERATAMENTE
SNELLECLASSE 3
nella sezione le tensioni calcolate nelle fibre estreme
compresse possono raggiungere la tensione di
snervamento, ma l’instabilità locale impedisce lo
sviluppo del momento resistente plastico
CJ = 0
SNELLE CLASSE 4nel calcolo della resistenza la sezione geometrica
effettiva può sostituirsi con una sezione efficace CJ = 0
La norma italiana recepisce la classificazione delle sezioni secondo i rapporti b/t dell’ EC3
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 31Prof. R. Landolfo
TIPOLOGIE STRUTTURALI
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 32Prof. R. Landolfo
Strutture Intelaiate
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 33Prof. R. Landolfo
Strutture Controventate
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 34Prof. R. Landolfo
Strutture Controventate
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 35Prof. R. Landolfo
Controventi Concentrici
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 36Prof. R. Landolfo
Controventi Eccentrici
Considerazioni Introduttive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 37Prof. R. Landolfo
CRITERI DI PROGETTO PER LE STRUTTURE DI ACCIAIO
Criteri di progetto per le strutture di acciaio
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 38Prof. R. Landolfo
I Principi di Progettazione
I sistemi strutturali
Dissipative
q > 1
Non dissipative
q = 1
Bassa duttilità (CD‘B’)
Alta duttilità (CD‘A’)
Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:
le membrature non dissipative (Gerarchia Globale) ed i collegamenti delle parti dissipative al resto della struttura (Gerarchia Locale) devono possedere, nei confronti delle zone dissipative, una sovraresistenza sufficiente a consentire lo sviluppo in esse della plasticizzazione ciclica.
La sovraresistenza è valutata moltiplicando la resistenza nominale di calcolo delle zone dissipative per un opportuno coefficiente di sovraresistenza gRD
gRD = 1,3 per CD”A”gRD = 1,1 per CD”B”
se non diversamente specificato
Criteri di progetto per le strutture di acciaio
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 39Prof. R. Landolfo
• Le parti non dissipative ed i
collegamenti delle parti dissipative al
resto della struttura devono possedere
sufficienti sovraresistenze
• In un approccio alle forze, si controlla
il meccanismo di collasso distribuendo
in modo opportuno le resistenze
• Le zone dissipative (zone critiche)
fungono da fusibili favorendo la
formazione di meccanismi di collasso
globali
Il Capacity Design
Criteri di progetto per le strutture di acciaio
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 40Prof. R. Landolfo
Il fattore di struttura
q = f
Tipologia strutturale
Criteri di dimensionamento
Regole di dettaglio q = KR · q0
q = KD · KR · q0 OPCM 3274
NTC / 08
Valore di base
NewNew
KD = duttilità locale zone dissipative
KR = 0.8 1 regolarità dell’edificio
L’espressione generale
Criteri di progetto per le strutture di acciaio
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 41Prof. R. Landolfo
TIPOLOGIA STRUTTURALEClasse Duttilità
CD’B’ CD’A’
Strutture Intelaiate 4 5au/a1
Controventi Eccentrici 4 5au/a1
Controventi Concentrici a diagonale tesa attiva 4 4
Controventi Concentrici a V 2 2,5
Strutture a mensola o a pendolo inverso 2 2au/a1
Strutture Intelaiate con controventi concentrici 4 4au/a1
Strutture Intelaiate con tamponature in muratura 2 2
Strutture a Telaio Controventi Concentrici Controventi Eccentrici Strutture a pendolo inverso
Le tipologie strutturali ed il fattore di struttura
q0
Criteri di progetto per le strutture di acciaio
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 42Prof. R. Landolfo
TIPOLOGIA COSTRUTTIVA au/a1
Edifici a un piano 1,1
Edifici a telaio a più piani, con sola campata 1,2
Edifici a telaio con più piani e più campate 1,3
Edifici con controventi eccentrici a più piani 1,2
Edifici a mensola o a pendolo invertito 1,0
Le tipologie strutturali ed il fattore di struttura
a
Criteri di progetto per le strutture di acciaio
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 43Prof. R. Landolfo
REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE DISSIPATIVE
Regole di dettaglio per strutture dissipative
Criteri di progetto per le strutture dissipative
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 44Prof. R. Landolfo
Il progetto delle
strutture di tipo
dissipativo deve
garantire una
risposta globale
stabile anche in
presenza di
fenomeni locali di
plasticizzazione,
instabilità o altri
connessi al
comportamento
isteretico della
struttura
Criteri di progetto
Zone
dissipative
• D.M. 14-01-08; CNR 10011; Eurocodice 3
• Efficaci dettagli costruttivi
• Capacità dissipativa attribuibile sia
agli elementi che ai collegamenti
Resistenza
Duttilità
Zone NON
dissipative
Sovraresistenza
• D.M. 14-01-08; CNR 10011; Eurocodice 3
Requisiti
Regole di dettaglio per strutture dissipative
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 45Prof. R. Landolfo
I criteri di progetto si considerano soddisfatti se lo sono opportune
Regole di dettaglio………..
A) Regole valide per ogni tipologia strutturale
B) Regole specifiche per le singole tipologie
Regole di
dettaglio
Regole di Dettaglio
Regole di dettaglio per strutture dissipative
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 46Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio valide per ogni tipologia
Prerequisiti delle zone dissipative per il progetto duttile
1. Il materiale
2. Le connessioni
3. Le membrature
20.1yk
tk
f
f%20te
•Sovraresistenza •Def. a rottura
kyy ff ,max, 2,1
•Tensione max di snerv.
Regole di dettaglio per strutture dissipative
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 47Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio valide per ogni tipologia
Prerequisiti delle zone dissipative per il progetto duttile
1. Il materiale
2. Le connessioni
3. Le membrature
Acciaio gRd
S235 1.20
S275 1.15
S355 1.10
S420 1.10
S460 1.10
ky
my
Rdf
f
,
,g coefficiente di sovraresistenza del materiale
si assume max,, yky ff 00,1Rdg
Se nelle zone non dissipative e nelle connessioni
Regole di dettaglio per strutture dissipative
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 48Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio valide per ogni tipologia
1. Il materiale
2. Le connessioni
3. Le membrature
Collegamenti nelle zone dissipative
a) Saldature a completa penetrazione
b) Saldature a cordoni
d’angolo e collegamenti
bullonati (bulloni 8.8-10.9):
Collegamenti dotati di
adeguata sovraresistenza:
plRdd RR 1,1g
Rd resistenza di progetto del collegamento
Rpl resistenza plastica della membratura collegata
Regole di dettaglio per strutture dissipative
Outstand
WebInternal
Web
Flange
Internal
Flange
Rolled I-section Hollow section
Flange
Welded box section
InternalOutstand
InternalWeb
Instabilità locale
La snellezza locale b/t e la duttilità locale
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 49Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio valide per ogni tipologia
1. Il materiale
2. Le connessioni
3. Le membrature
Parti compresse delle zone dissipative
Classe di duttilità Valore di riferimento del
fattore di struttura q0
Classe di sezione
trasversale richiesta
CD ‘B’ 2 < q0 ≤ 4 Classe 1 o 2
CD ‘A’ q0 > 4 Classe 1
In funzione della classe di duttilità e del valore di q0 usati in fase di progetto sono
determinate le classi di sezioni trasversali da usare per le parti dissipative
Regole di dettaglio per strutture dissipative
Outstand
WebInternal
Web
Flange
Internal
Flange
Rolled I-section Hollow section
Flange
Welded box section
InternalOutstand
InternalWeb
Instabilità locale
La snellezza locale b/t e la duttilità locale
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 50Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio valide per ogni tipologia
1. Il materiale
2. Le connessioni
3. Le membrature
Parti tese delle zone dissipative
Ares = area resistente netta
A = area lorda
gM0 = coeff sicurezza per resistenza della
membratura senza fori
gM2 = coeff sicurezza per resistenza della
membratura con fori
La resistenza plastica di progetto deve risultare inferiore alla resistenza ultima di
progetto della sezione netta in corrispondenza dei fori per i dispositivi di collegamento
Pertanto si deve verificare che:
tk
yk
M
Mres
f
f
A
A
0
21,1g
g
Regole di dettaglio per strutture dissipative
REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE INTELAIATE (MRF)
Regole di dettaglio per le strutture intelaiate
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 51Prof. R. Landolfo
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 52Prof. R. Landolfo
Le Strutture Intelaiate
M
Moment Resisting Frame - MRF
Regole di dettaglio per le strutture intelaiate
Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 53Prof. R. Landolfo
Il Principio di Base
Al fine di conseguire un comportamento duttile i telai devono essere progettati in modo che le cerniere plastiche si formino nelle travi piuttosto che nelle colonne, tranne che per le sezioni delle colonne alla base ed alla sommità dei telai multipiano e per tutte le sezioni degli edifici monopiano.
Regole di dettaglio per le strutture intelaiate
54Prof. R. Landolfo
I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio
MRF
,1,1Rd b RdMg
SOVRARESISTENTE(Gerarchia globale)
SOVRARESISTENTE(Gerarchia locale)
SOVRARESISTENTE
(Gerarchia Globale)
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 55Prof. R. Landolfo
Il Principio di Base
SOVRARESISTENTI
(Gerarchia Locale)
RdbRd M ,1,1 ggRD = 1,3 per CD”A”gRD = 1,1 per CD”B”
Acciaio gRd
S235 1.20
S275 1.15
S355 1.10
S420 1.10
S460 1.10Rdb
Rdb
M
M
,
,
32,1max
21,1min
Regole di dettaglio per le strutture intelaiate
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 56Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio per strutture intelaiate
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 57Prof. R. Landolfo
REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE A
CONTROVENTI CONCENTRICI (CBF)
Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici
N
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 58Prof. R. Landolfo
Le Strutture a Controventi Concentrici
Concentrically Braced Frame - CBF
Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 59Prof. R. Landolfo
Il Principio di Base
Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:
Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi concentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazionedelle diagonali tese preceda la rottura delle connessioni e l’instabilizzazione di travi e colonne.
Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici
60Prof. R. Landolfo
I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio
CBF
SOVRARESISTENTE(Gerarchia globale)
SOVRARESISTENTE(Gerarchia locale)
,1,1Rd pl RdNg
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 61Prof. R. Landolfo
Il Principio di Base
Npl
Npl
Gerarchia Globale
Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 62Prof. R. Landolfo
Il Principio di Base
Npl
Gerarchia Locale
Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici
N
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 63Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF)
Controventi Concentrici a V
Concentrically Braced Frame - CBF
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 64Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF)
Il Principio di Base
Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:
Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi concentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazionedelle diagonali tese preceda la rottura delle connessioni e l’instabilizzazione di travi e colonne.
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 65Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio per strutture a controventi concentrici (CBF)
La Resistenza delle Diagonali
Npl
0,3 Npl
0,3 Npl
Npl
In fase di progetto, come già detto, sono
tenute in conto sia le diagonali tese che
quelle compresse.
In fase di verifica, la diagonale compressa è
considerata instabilizzata. Occorre quindi
verificare anche che le aste tese siano in
grado di resistere da sole alla forze sismiche
di progetto precedentemente determinate.
Tuttavia nei telai con controventi a V non si
trascura del tutto la resistenza della
diagonale compressa e si considera una forza
pari a:
Npl,Rd nelle diagonali tese;
gpb Npl,Rd nelle diagonali compresse.
Con gpb = 0,30 fattore che permette di stimare la resistenza residua dopo l’instabilizzazione.
66Prof. R. Landolfo
I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio
CBF
SOVRARESISTENTE(Gerarchia globale)
SOVRARESISTENTE(Gerarchia locale)
,1,1Rd pl RdNg
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 67Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 68Prof. R. Landolfo
Regole di dettaglio per strutture con controventi concentrici
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 69Prof. R. Landolfo
REGOLE DI DETTAGLIO PER STRUTTURE A
CONTROVENTI ECCENTRICI (EBF)
Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici
V
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 70Prof. R. Landolfo
Le Strutture a Controventi Eccentrici
Eccentrically Braced Frame - EBF
Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 71Prof. R. Landolfo
Il Principio di Base
Il dimensionamento delle membrature avviene nel rispetto del criterio di Gerarchia delle Resistenze:
Al fine di conseguire un comportamento duttile, le strutture con controventi eccentrici devono essere progettate in modo che la plasticizzazione degli ‘elementi di connessione’ o ‘link’ preceda la rottura delle connessioni e l’instabilizzazione delle altre membrature.
Regole di dettaglio per strutture con controventi eccentrici
72Prof. R. Landolfo
I Sistemi Sismoresistenti in Acciaio
EBF
SOVRARESISTENTE(Gerarchia locale)
SOVRARESISTENTE(Gerarchia globale)
1,5 Vl,Rd 1,5 Vl,Rd
, ,1,1 1,5Ed G Rd l RdN V seng a a
(link corto)
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 73Prof. R. Landolfo
Stati limite di esercizio
CRITERI DI VERIFICA AGLI STATI LIMITE DI ESERCIZIO
Scorrimenti di Interpiano
oInterstorey
drifts
SLD: Verifiche di danneggiamento elementi non strutturali
limr dd
limr dd
limr
n
Limitazioni sugli spostamenti relativi
ECCS n.54
pr EN 1998-1
NTC 2008
r; dr è lo spostamento di relativovalutato attraverso analisi lineari elastiche eseguite con uno spettro di risposta pari a Sdq
n; è un fattore di riduzione che tiene conto del più bassoperiodo di ritorno associato con lo SLD
dr è lo spostamento di relativovalutato attraverso analisi lineari elastiche eseguite con lo spettro di risposta corrispondente allo SLD
0,0075·h0,0075·h0,006·hTamp.collegati
elasticamente alla
struttura
_0,010·h_Tamponatura
scollagata alla
struttura
O.P.C. n.3274
pr EN
1998-1ECCS n.54
Tipologia
tamponatura
0,005·h0,005·h0,003·hTamp. collegati
rigidamente alla
struttura
SPOSTAMENTI DI INTERPIANO LIMITE
0,010·h0,0075·h0,006·hTamp.collegati
elasticamente alla
struttura
_0,010·h_Tamponatura
scollagata alla
struttura
NTC2008
pr EN
1998-1ECCS n.54
Tipologia
tamponatura
0,005·h0,005·h0,003·hTamp. collegati
rigidamente alla
struttura
SPOSTAMENTI DI INTERPIANO LIMITE
Stati limite di esercizio
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 74Prof. R. Landolfo
SLD: Verifiche di danneggiamento elementi strutturali
Per costruzioni di Classe III e IV, se si
vogliono limitare i danneggiamenti
strutturali, per tutti gli elementi strutturali,
inclusi nodi e connessioni tra elementi,
deve essere verificato che il valore di
progetto di ciascuna sollecitazione (Ed)
calcolato in presenza delle azioni sismiche
corrispondenti allo SLD ed attribuendo ad
il valore di 2/3, sia inferiore al
corrispondente valore della resistenza di
progetto (Rd) calcolato con riferimento alle
situazioni eccezionali.
Stati limite di servizio
Strutture in acciaio sismoresistenti: criteri di progetto e riferimenti normativi 75Prof. R. Landolfo
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 76Prof. R. Landolfo
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
Considerazioni conclusive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 77Prof. R. Landolfo
Considerazioni Conclusive
Le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni approvate con
D.M. 14.01.2008, nelle parti dedicate alle strutture in acciaio
ed alla progettazione per azioni sismiche recepiscono in pieno
le vigenti Norme Europee per l’acciaio e per la sismica.
D.M. 14.01.2008 EC3 EC8
Considerazioni conclusive
IUSS Press – Pavia
www.iusspress.it
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 78Prof. R. Landolfo
Considerazioni conclusive
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 79Prof. R. Landolfo
Considerazioni conclusive
www.acaiacs.it
Strategie di progettazione antisismica per le costruzioni metalliche 80Prof. R. Landolfo
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Considerazioni conclusive