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Laboratorio di progettazione strutturale A.A. 2009/2010
Costruzioni in acciaio in
zona sismica – II
Prof. Ing. Andrea Dall’Asta
Università di Camerino
Dipartimento di
PROgettazione e Costruzione dell’Ambiente
e-mail:[email protected]
Edifici in acciaio - criteri di verifica
•
Aspetti generali
•
Edifici con controventi concentrici
•
Edifici con controventi eccentrici
•
Edifici a telaio
•
Edifici a pendolo invertito
Controventi eccentrici
Classe duttilità ALTA
q=au/ay 5.0
au/ay = 1.2
Classe duttilità BASSA
q = 4.0
Controventi eccentrici
•
No condizioni geometriche sul dimensionamento
•
Rigidezza controllabile (SLD – vento)
•
Specializzazione strutturale
•
B/H meno influente sul progetto
(no vincoli sul progetto della trave dissipativa)
•
Compatibilità architettonica migliore
•
Comportamento statico semplice
Controventi eccentrici
Confronto concentrici-eccentrici
Controventi eccentrici
Eccentricità limite
elim = 2.0 Ml,Rd/Vl,Rd
(link simmetrico)
elim = (1+ a) Ml,Rd/Vl,Rd
(link non simmetrico, a=Ml,min / Ml,Rd )
Classificazione
<0.8(1+ a) Ml,Rd/Vl,Rd
link corto
e<1,6Ml,Rd/Vl,Rd
link intermedio
1,6 Ml,Rd/Vl,Rd < e <3Ml,Rd/Vl,Rd
link lungo
e >3Ml,Rd/Vl,Rd
>1.5(1+ a)Ml,Rd/Vl,Rd
Ml,Rd resistenza flessionale di progetto
M l , Rd  f y bt f h  t f 
Vl,Rd resistenza a taglio di progetto
Vl , Rd  f y t w h  t f / 3
NSd trascurabile se <0.15 Npl,Rd
Controventi eccentrici
Dimensione link per profili usuali
0,49
link corto se e(m)
<:
0,78
link lungo se e(m)
>:
1,46
128
0,47
0,76
1,42
142
209
0,68
1,08
2,03
15,45
186
245
0,76
1,21
2,27
1480
25,11
407
399
1,02
1,63
3,06
HEB 160
311
10,72
86
170
0,50
0,80
1,51
HEB 200
570
15,3
157
243
0,65
1,03
1,94
HEB 220
736
16,92
202
269
0,75
1,21
2,26
HEB 240
938
20,6
258
327
0,79
1,26
2,37
HEB 260
1150
22,5
316
357
0,89
1,42
2,66
HEB 280
1380
25,62
380
407
0,93
1,49
2,80
HEB 300
1680
28,82
462
458
1,01
1,62
3,03
HEB 320
1930
32,085
531
509
1,04
1,67
3,13
HEB 360
2400
39,38
660
625
1,06
1,69
3,17
HEB 400
2880
47,52
792
754
1,05
1,68
3,15
SEZIONE
W (cm3)
Aw (cm2)
MRd
VRd
MRd/VRd
IPE 300
557
19,78
153
314
HEA 160
220
8,04
61
HEA 220
515
13,16
HEA 240
675
HEA 320
Controventi eccentrici – Gerarchia delle resistenze
Gerarchia delle resistenze
Resistenza del Link (contributo soletta e meccanismi locali)
Link corto
Link lungo
Vu=1,5*Vl,Rd (Ml,Sd)
Mu=1,5*Ml,Rd (Vl,Sd)
Mmax= Vue/2
Vmax= 2Mu/e
Coefficienti di sovraresistenza dei link
Link corto
i 
1.5Vl , Rd ,i
VEd ,i
Link lungo
i 
Condizione di regolarità
i ,max
i ,min
 1.25
Coefficiente sovraresistenza globale
  min i ; q
1.5M l , Rd ,i
M Ed ,i
Controventi eccentrici – Gerarchia delle resistenze
Gerarchia delle resistenze
Resistenza altri elementi (trave-colonna-diagonali)
NRd(MEd) > NEd = NEd,G + 1.1gRdNEd,E
MEd = MEd,G + 1.1gRdMEd,E
NEd,G , MEd,G = Sollecitazioni non sismiche
NEd,G , MEd,G = Sollecitazioni sismiche
Controventi eccentrici – Dettagli
Regole di dettaglio
Instabilità ali e flessotorsionale (link lunghi e intermedi)
Irrigidimenti a distanza 1.5 bf dal nodo (a tutta altezza)
Instabilità anima (link corti)
Irrigidimenti d’anima alle estremità ed intermedi,
spessore t>tw, t>10mm
Larghezza bf/2-tw
Nei link corti con travi piccole (h<600mm) si possono disporre su un solo lato con altezza >3/4hw
Controventi concentrici - GR
Gerarchia resistenze semplificata
- Dimensionamento a taglio (link corti) o flessione (link lunghi) della trave con sollecitazioni
di calcolo
- Dimensionamento di travi, pilastri e collegamenti dei controventi con coefficienti di
sovraresistenza (=1)
SRd > SEd = SEd,G + 1.1gRdNEd,E
SEd,G = Sollecitazioni non sismiche
SEd,E = Sollecitazioni sismiche
Edifici in acciaio - criteri di verifica
•
Aspetti generali
•
Edifici con controventi concentrici
•
Edifici con controventi eccentrici
•
Edifici a telaio
Telai
•
Rigidezza bassa (SLD – vento - instablità)
•
Specializzazione strutturale (telai diversificati-luci ridotte)
•
Compatibilità architettonica massima
•
Comportamento statico complesso
•
Collegamenti onerosi
Telaio spaziale
Telaio perimetrale
Telaio perimetrale parziale
Telai - collegamenti
Collegamenti saldati (3D)
Telai - collegamenti
Collegamenti bullonati (2D)
Collegamenti bullonati (3D)
Telai – zone dissipative
Zone dissipative telai
Classe duttilità ALTA
q=au/ay 5.0
au/ay = 1.1-1.3
Classe duttilità BASSA
q = 4.0
Nodo
•
Zona dissipativa = zona in prossimità dei nodi
•
Componenti (diversa duttilità)
•
Nodo : pannello a taglio (duttile)
•
Nodo : piatti di continuità
•
Collegamento : trave-pilastro (duttile)
•
Collegamento : pilastro-pilastro
•
Membratura : trave (duttile)
•
Membratura : pilastro
Pannelli nodali
Pannelli nodali
Piatti di continuità
Evitare concentrazioni vicino anima pilastro
Ripartizione uniforme taglio sul pannello
Pannello a taglio
Elemento dissipativo (in serie con trave)
Incrudimento sensibile
Cicli plastici stabili
Pannelli nodali
Pannelli nodali – Sollecitazioni di progetto
NTC 2009 considera zona non dissipativa –
gerarchia resistenze
Vwp, Rd  g Rd
V pl ,travi 
M
pl , Rd
hb  t f
 hb  t f 
1 

 H  hb 
 M pl , Rd
hb  t f
M pl , Rd

VSd , pilastri  
H  hb
Vwp,Rd
= resistenza di progetto anima Aw fy /30.5
Mpl,Rd
= resistenza plastica di progetto delle travi
hb
= altezza trave
tf
= spessore flange
H
= altezza interpiano
Nota: nella circolare 2009 non c’è il fattore 1.1
Pannelli nodali
Pannelli nodali – Resistenza di progetto
Vv,Rd  min (Vvb,Rd ,Vvp,Rd )
Vvp,Rd
= resistenza plastica
Vvb,Rd
= resistenza instabilità
Vvp, Rd 
fy
3
AVC
Vvb,Rd  Vvp,Rd

1  
f 
 y
se
2
hw 72 235

t
 f yk
altrimenti EC3-1-5
Nota: piatti di continuità obbligatori per collegamenti saldati
Collegamento Trave-pilastro
Collegamento trave-colonna (Northridge earthquake 1994)
Connessione mista (bullonatura+ saldatura)
Strappi lamellari (forza ort. direzione di laminazione)
Personale non qualificato / sald. In opera
Saldatura inferiore interrotta
Frattura indotta dal piatto di appoggio
Impalcato a struttura mista
Collegamento Trave-pilastro
Collegamento trave-colonna
Collegamento sovra-resistente
Trave indebolita (dog-bone)
Collegamento Trave-pilastro
Collegamento con trave indebolita
M Sd
WRBS
M Sd

f yd
a deve essere tale che la cerniera plastica non
si allontani molto dal pilastro
b tale da garantire una sufficiente capacità
rotazionale alla cerniera plastica per assicurare
la formazione del meccanismo globale.
c
EC8
W  WRBS
2  ( h  e)  e
0,75  h  b  h
bf
a
6
b1
 0,5
bf
Collegamenti pilastri
Collegamento trave-colonna (non dissipativo)
Mj,Rd > 1.1 gRd Mb,pl,Rd
Mj,Rd
(o saldature di I classe)
= resistenza di progetto del collegamento
Mb,pl,Rd = resistenza plastica di progetto flessionale della trave
gRd
= sovraresistenza materiale
Collegamento colonna fondazione (non dissipativo)
MC,Rd > 1.1 gRd Mc,pl,Rd (NEd )
MC,Rd
= resistenza di progetto del collegamento
Mc,pl,Rd = resistenza plastica di progetto della base della colonna
NEd
= sollecitazione assiale di progetto
gRd
= sovraresistenza materiale
Travi e pilastri – prescrizioni generali
Cerniere plastiche alle estremità delle travi
NSd e VSd non devono ridurre la duttilità delle travi
MEd < Mpl,Rd
NEd < 0.15 Npl,Rd
(travi collegate ai controventi di piano)
VEd,G + VEd,M < 0,5 Vpl,Rd
(taglio azioni verticali+taglio momenti resistenti)
(travi corte e HE)
Taglio sui pilastri

MRdA

MRdB
qmax  Gk  2iQk
B
A
VEd < 0,5 Vpl,Rd
L
Edifici in acciaio - criteri di verifica
Sovraresitenza delle cerniere plastiche
Mpl,Rd,i = resistenza plastica di progetto della cerniera
M Ed,i = sollecitazione di progetto della cerniera
Coefficiente di sovraresistenza globale
i 
MEd = MEd,G + 1.1 g Rd  MEd,E
VEd = VEd,G + 1.1 g Rd  VEd,E
SEd,G = sollecitazione dovuta ai carichi verticali
SEd,E = sollecitazione dovuta al sisma
g Rd = sovraresitenza materiale
Gerarchia resistenza locale trave-pilastro
S Mc,pl,Rd (Nc,Ed) > g RD S Mb,pl,Rd
g RD = 1.3 / 1.1 AD / BD
M Ed ,i
  min i ; q
Sollecitazioni di progetto elementi non dissipativi (colonne)
NEd = NEd,G + 1.1 g Rd  NEd,E
M pl , Rd ,i
Esempio telaio
Dimensioni 28 x 14 m2
Gk = 4,71 kN/m2 (1;2;3;4)
Gk = 4,16 kN/m2 (5)
Qk = 3,00kN/m2 (1;2;3;4;5)
Azione del sisma:
Cat. suolo di fond.
Zona sismica
ag
Fatt. di import.
5 piani;
Htot=17,50 m;
Hint=3,50 m
Il
paragrafo
4.11.2
dell’OPCM 3431 definisce lo
spostamento
limite
di
interpiano: “Per edifici con
tamponamenti
collegati
rigidamente alla struttura che
interferiscono
con
la
deformabilità della stessa” si
avrà;
dr =0,005 hint
C
1
0,35g
1,00
Acciaio Strutturale per le TRAVI
Tipo S235 (Fe 360)
fyk = 235 N/mm2
fu = 360 N/mm2
γRd =1,15
ES = 210000 N/mm2
Acciaio Strutturale per i PILASTRI
Tipo S355 (Fe 510)
fyk = 355 N/mm2
fu = 510 N/mm2
γRd =1,1
ES = 210000 N/mm2
Sezioni indebolite
Progetto con sezioni indebolite
Spettri di risposta
Se/g
Sd/g
1,0
S(T)/g
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
Periodo T (s)
2,50
3,00
3,50
4,00
Nodo
Progetto con sezioni indebolite
Nodi semirigidi
Progetto con nodi semirigidi
Rigidezza Rotazionale
Ez 2
S j ,ini 
n
1
 i 1 K
i
Resistenza- Momento Resistente
M j , Rd   hr Ftr , Rd
r
Difficoltà nel progetto contemporaneo della
rigidezza (Msd) e della resistenza Mrd
Nodo
Progetto con nodi semirigidi
Progettazione sismica – Comportamento dissipativo (7.2)
- Gerarchia delle resistenze semplificata
- Dimensionamento a flessione delle travi con sollecitazioni di
calcolo
- Dimensionamento a taglio delle travi, progetto a flessione e
taglio dei pilastri, progetto dei collegamenti con sollecitazioni
amplificate con i coefficienti di sovraresistenza (=1)
SRd > SEd = SEd,G + 1.1gRdNEd,E
SEd,G = Sollecitazioni non sismiche
SEd,E = Sollecitazioni sismiche
Laboratorio di progettazione strutturale A.A. 2009/2010
Costruzioni in acciaio in
zona sismica – II
Prof. Ing. Andrea Dall’Asta
Università di Camerino
Dipartimento di
PROgettazione e Costruzione dell’Ambiente
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