rel 3-relazione generale strutturale - E.Fermi

PROGRAMMA OPERATIVO NAZIONALE 2007 IT161PO010 FERS SICILIA
"Ambiente per l'Apprendimento" Asse II "Qualità degli ambienti scolastici"
Obiettivo C
Lavori di messa in sicurezza dell’istituto Liceo Artistico Statale
”Renato Guttuso”
REL. 3
-RELAZIONE GENERALE STRUTTURALE
Progettista :
Responsabile unico del procedimento :
Ing. Francesco Nardo
Dott.ssa Tiziana D’Anna
- RELAZIONE GENERALE PremessaErrore. L'origine riferimento non è stata trovata.
Trattasi della realizzazione di una passerella in acciaio con e ossogril, con fondazione a platea, il tutto
giuntato alle strutture esistenti.
Il progetto è stato redatto nel rispetto dei livelli di sicurezza dettati dalle N.T, DM 14/01/2008 con le
indicazioni contenute nella Circolare del 2/02/2009 n. 617 .
Localizzazione dell’operaErrore. L'origine riferimento non è stata trovata.
L'area in studio ricade in Comune di Giarre avente le seguenti Coordinate lat. 37.7244 lon. 15.1935.
Destinazione - Tipologia strutturale – Dimensioni principaliErrore. L'origine riferimento non è stata
trovata.
L’intervento consiste nella realizzazione di strutture acciaio ad unico piano fuori terra.
Il complesso della struttura portante è costituito da telai spaziali in acciaio. Tutte le quote degli impalcati
sono riferite allo spiccato dei pilastri coincidente con l’estradosso della platea.
Il fabbricato presenta le seguenti caratteristiche strutturali:
- Strutture portanti in acciaio e ossogril per i camminamenti.
- Montanti infissi ad incastro in un telaio orizzontale di base in c.a. ed incassato nel terreno di sedime.
Tale struttura di fondazione è costituita da una platea dello spessore di cm 30.
Materiali strutturali impiegati
Al fine di ben livellare e isolare il piano di sbancamento generale con la platea di fondazione, sarà
realizzato un massetto di conglomerato cementizio dello spessore minimo di cm 10 confezionato con
cemento tipo 325 con dosatura non inferiore a Kg 200 per mc. d'impasto.
Per le fondazioni e le strutture in elevazione sono allegati le specifiche dei materiali utilizzati e ed i carichi
applicati.
Azioni e dati di Struttura
Ai fini del dimensionamento strutturale sono state considerate i seguenti tipi di carico:
•
•
•
•
Peso proprio delle strutture;
Carichi permanenti;
Carichi accidentali secondo la destinazione d’uso;
Azioni sismiche;
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•
•
Vento;
Neve;
I valori utilizzati sono facilmente riscontrabili, per quanto concerne la struttura principale nei tabulati
elettronici di calcolo.
Ai fini della determinazione delle azioni sismiche, sono stati utilizzati i seguenti parametri:
Vita della struttura
Opere ordinarie (50100) 50 - 100 anni
50.0
Classe IV
2.000
100.000
PVR=63.0%
PVR=10.0%
TR=100.6
TR=949.1
Tipo
Vita nominale(anni)
Classe d'uso
Coefficiente d'uso
Periodo di riferimento(anni)
Stato limite di esercizio - SLD
Stato limite ultimo - SLV
Periodo di ritorno SLD(anni)
Periodo di ritorno SLV(anni)
Parametri del sito
Comune
Longitudine
Latitudine
Giarre - (CT)
15.1935
37.7244
46758-46980-4698146759
Id reticolo del sito
Valori di riferimento del sito
Ag/g(TR=100.6) SLD
F0(TR=100.6) SLD
T*C(TR=100.6) SLD
Ag/g(TR=949.1) SLV
F0(TR=949.1) SLV
T*C(TR=949.1) SLV
Coefficiente Amplificazione Topografica
0.1360
2.5572
0.271
0.2555
2.6644
0.332
St=1.000
Categoria terreno B
stato limite SLV
S=1.13
TB=0.15
TC=0.45
TD=2.62
stato limite SLD
S=1.20
TB=0.13
TC=0.39
TD=2.14
Fattore di struttura (SLV)
Classe duttilità
B
2
Tipo struttura
Struttura non regolare in altezza
Acciaio
Kr=0.800000
Kw=1.000
Kr=0.800000
Ce=4.000
3.200
Struttura regolare in pianta
Tipologia : Strutture a telaio
Fattore di struttura q=Kw*Kr*Ce
STRUTTURA IN ELEVAZIONE
Le strutture in elevazione, per assolvere certi principi di morfologia strutturale, ove tecnicamente
possibile, nella progettazione sono stati adottati i seguenti criteri:
b) minore rigidezza dei telai più distanti dal centro di sollecitazione.
STRUTTURA DI FONDAZIONE
La struttura di fondazione e' del tipo a platea le cui dimensioni strutturali sono riportate nella tavola
carpenterie.
L'ipotesi fondamentale, posta alla base del calcolo, e' che il terreno reagisca elasticamente (Winkler) e
solo in senso unilaterale. Se i cedimenti risultano tutti positivi, ossia rivolti verso il basso, il calcolo prima
citato conduce alla soluzione mediante calcolo diretto. Viceversa può avvenire che una particolare
distribuzione dei carichi esterni (che si suppongono nodali) induca nella platea un sistema di spostamenti dei
quali alcuni rivolti verso l'alto. In questo caso esisterà una linea neutra che separa la zona in cui il terreno
reagisce a compressione dall'altra in cui tale reazione vale zero. In queste ipotesi il calcolo diviene iterativo,
non essendo nota, a priori, la frontiera tra le due zone.
La corretta analisi dello stato di deformazione e quindi di sollecitazione della struttura di base, per un tipo
di terreno di caratteristiche meccaniche conosciute, e' un problema che investe la stabilita' dell'intero
complesso. Pertanto una indagine accurata del fenomeno presenta il duplice vantaggio di consentire la
verifica del dimensionamento delle strutture di base nonche' di valutare gli effetti che la deformazione del
piano fondale induce nella parte in elevazione.
L'interazione con il terreno, come gia' accennato, viene svolta immaginando tale struttura poggiante su
terreno alla Winkler - assegnando un opportuno prodotto BxK = (larghezza della suola di base x coefficiente
di Winkler).
Su ogni nodo della struttura viene attribuita la coppia di sollecitazioni (P ed M) esistente per quella
determinata condizione di carico.
In ciascuno dei casi la risoluzione del reticolo di base, intesa come corretta ripartizione delle sollecitazioni
della sovrastruttura al sistema di fondazione, avviene in maniera automatica e rigorosa.
Per ogni nodo si hanno tre componenti di spostamento e le relative sollecitazioni che tale stato di
deformazione comporta (compatibile e congruente con le caratteristiche di deformabilita' del terreno).
Le sollecitazioni sono espresse in Kg per gli sforzi normali, in Kg x mt per i momenti flettenti.
Per le verifiche si rimanda alla relazione geotecnica.
E' utile inoltre osservare che l'ottimizzazione del comportamento terreno-struttura-struttura in elevazione
potrebbe essere ottenuta con fasi successive:
a) ridistribuendo le sollecitazioni come sopra calcolate agli elementi della struttura;
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b) annullare totalmente eventuali cedimenti differenziali ritornando a dimensionare opportunamente la
larghezza della suola di base e/o le caratteristiche di rigidezza delle travi di fondazione.
Prestazioni strutturali attese
Le prestazioni attese sia in esercizio sia in presenza di azione sismica, visti i risultati di calcolo, si
ipotizzano compatibili con i valori massimi ammissibili per i materiali utilizzati, tanto per il funzionamento allo
SLU e SLD che per il funzionamento agli SLE.
Non sono stati previsti in progetto distorsioni termiche e azioni vibranti in quanto la destinazione attuale
dell’edificio non li contempla; nel caso in cui in futuro la diversa destinazione d’uso potesse comportare dette
azioni si dovrà procedere alle opportune verifiche.
In considerazione alle attuali caratteristiche geotecniche del terreno di fondazione non sono ipotizzabili
cedimenti differenziali delle strutture di fondazione tali da indurre spostamenti apprezzabili in elevazione.
Classe della costruzione e vita di servizio
In accordo con la committenza, come da dichiarazione controfirmata dal progettista e dal committente in
allegato, la struttura è stata progettata per una vita utile di 50 anni e con classe di servizio II, poiché si tratta
di una costruzione il cui uso prevede normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza
funzioni pubbliche e sociali essenziali.
Procedure per la garanzia della qualità
In fase di realizzazione dovranno essere adottate procedure di qualità dettate dall’esperienza e dalla
letteratura specifica per i materiali utilizzati.
Prescrizioni sui materiali:
Calcestruzzi:
La fornitura di calcestruzzi di ottima qualità, rispondenti alle Leggi e Norme vigenti ed alle caratteristiche
strutturali di progetto, nel caso in cui non fossero preparati in cantiere, dovranno essere certificati dal
fornitore che dovrà tener conto del tempo di percorrenza tra la centrale di betonaggio ed il cantiere.
Detti calcestruzzi dovranno essere confezionati con un giusto rapporto tra le componenti tale da ottenere
un Rck pari a 250 Kg/cmq a 28 gg. di stagionatura.
Acciaio:
L’acciaio in barre di ottima qualità e rispondente alle Leggi e Norme vigenti ed alle caratteristiche
strutturali di progetto dovrà essere certificato e munito di marchi di garanzia del produttore.
Al momento del getto le barre dovranno essere prive di strati di ossido tale da ridurne la sezione
resistente.
Prescrizioni sull’esecuzione delle parti strutturali:
-
Magrone di sottofondazione:
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Il magrone di sottofondazione, realizzato con calcestruzzo tipo R325 con dosatura non inferiore a 150 Kg
per ogni metro cubo d’impasto, dovrà realizzare delle superfici orizzontali di appoggio della fondazione
dell’edificio e non dovrà presentare soluzioni di continuità nel getto.
Immediatamente dopo il getto, in caso di avversità atmosferiche (piogge battenti e persistenti) o di
elevate temperature (oltre i 30 °C), il magrone dovrà essere protetto con teli di plastica per evitare
rispettivamente il dilavamento o una repentina evaporazione dell’acqua di idratazione che comporterebbe
una elevata fessurazione dopo lo presa e l’indurimento. Nel caso di temperature elevate, in alternativa ai teli
di plastica, il getto può essere periodicamente bagnato.
Analisi e verifiche
METODO DI CALCOLO E CONDIZIONI DI CARICO
Le condizioni di carico sono state combinate tra di loro tramite le formule di correlazione riportate dal DM
2008 – rispettivamente per le verifiche agli SLU, SLD ed agli SLE, utilizzando in entrambi i casi i coefficienti
parziali (γ) ed i coefficienti di combinazione (ψ) dettati dalle norme.
I metodi di calcolo adottati sono i seguenti:
- per i carichi statici metodo delle deformazioni;
- per i carichi sismici metodo dell'analisi modale o dell'analisi sismica statica equivalente.
Per lo svolgimento del calcolo si sono accettate le seguenti ipotesi:
- solai infinitamente rigidi nel loro piano
- masse concentrate alle quote dei solai.
L’analisi, di tipo dinamico lineare, è stata effettuata tramite l’ausilio del programma di calcolo IPERSPACE
versione 2010. – licenza N.ro:C03730 – .
I calcoli numerici sono stati elaborati con l’utilizzo del metodo agli elementi finiti costruendo la matrice di
rigidezza della struttura che contempla sia elementi asta sia elementi shell (muri e piastre).
L'analisi sismica dinamica e' stata svolta con il metodo dell'analisi modale; la ricerca dei modi e delle
relative frequenze e' stata perseguita con il metodo di Jacobi.
I modi di vibrazione considerati sono in numero tale da assicurare l'eccitazione di piu' dell'85% della
massa totale della struttura.
Per la verifica della struttura si e' fatto riferimento all'analisi modale, pertanto sono state prima calcolate le
sollecitazioni e gli spostamenti modali e poi viene calcolato il loro valore efficace.
VERIFICHE
Le verifiche, svolte secondo il metodo degli SLU e degli SLE, si ottengono inviluppando tutte le condizioni
di carico prese in considerazione.
I valori le deformazioni e le caratteristiche massime di calcolo sono state confrontate con quelle di
progetto ottenendo sempre che:
Sdu≤Sru
Per l'elemento trave, l'armatura si determina suddividendola in cinque conci in cui l'armatura si mantiene
costante, valutando per tali conci le massime aree di armatura superiore ed inferiore richieste in base ai
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momenti massimi riscontrati nelle varie combinazioni di carico esaminate. Lo stesso criterio e' stato adottato
per il calcolo delle staffe.
Anche l'elemento pilastro viene scomposto in cinque conci in cui l'armatura si mantiene costante.
Vengono però riportate le armature massime richieste nella metà superiore (testa) e inferiore (piede).
I METODI DI CALCOLO
ANALISI DINAMICA MODALE
ll programma effettua l'analisi dinamica con il metodo dello spettro di risposta.
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.
Valutazione dei risultati e giudizio motivato sulla loro accettabilità
Il programma di calcolo utilizzato Iperspace è idoneo a riprodurre nel modello matematico il
comportamento della struttura e gli elementi finiti disponibili e utilizzati sono rappresentativi della realtà
costruttiva. Le funzioni di controllo disponibili, innanzitutto quelle grafiche, consentono di verificare la
riproduzione della realtà costruttiva ed accertare la corrispondenza del modello con la geometria strutturale e
con le condizioni di carico ipotizzate. Si evidenzia che il modello viene generato direttamente dal disegno
architettonico riproducendone così fedelmente le proporzioni geometriche. In ogni caso sono stati effettuati
alcuni controlli dimensionali con gli strumenti software a disposizione dell’utente. Tutte le proprietà di
rilevanza strutturale (materiali, sezioni, carichi, sconnessioni, etc.) sono state controllate attraverso le
funzioni di indagine specificatamente previste.
Sono state sfruttate le funzioni di autodiagnostica presenti nel software che hanno accertato che non
sussistono difetti formali di impostazione.
E’ stato accertato che le risultanti delle azioni verticali sono in equilibrio con i carichi applicati.
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Sono state controllate le azioni taglianti di piano ed accertata la loro congruenza con quella ricavabile da
semplici ed agevoli elaborazioni. Le sollecitazioni prodotte da alcune combinazioni di carico di prova hanno
prodotto valori prossimi a quelli ricavabili adottando consolidate formulazioni ricavate della Scienza delle
Costruzioni. Anche le deformazioni risultano prossime ai valori attesi. Il dimensionamento e le verifiche di
sicurezza hanno determinato risultati che sono in linea con casi di comprovata validità, confortati anche dalla
propria esperienza
CALCOLO PIEDRITTI PARAPETTO IN ACCIAIO
Il carico orizzontale imposto dalla vigente normativa è di 200 daN/ml, tenuto conto che le nervature
avranno un interasse di cm. 90 e una sezione tubolare di cm. 8 x 4 (sp. 4 mm.) si ha:
Il momento flettente di calcolo all’incastro vale:
MEd= 0,90 x 200 x 1,10 = 198 daN x m
Il valore di calcolo dell’azione tagliante vale invece:
VEd= 0,90 x 200 = 180 daN
4.2.4.1.2. Resistenza di calcolo a flessione retta della sezione:
Prevedendo l’impiego di sezioni di classe 1 la resistenza di
calcolo a flessione retta della membratura vale:
McRd = Wpl fyk /g MO
Con gmo che vale 1,05.
McRd = 1,1 8,10 2350 /1,05= 19.957,84 daN cm
La condizione di resistenza prevista dalle norme è:
MEd/McRd= 198/199,57=0,99 < 1
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