STRUTTURE IN ACCIAIO

STRUTTURE IN ACCIAIO - STRUTTURE CALCESTRUZZO ARMATO

Aspetti rilevanti nel confronto:1) Modalit costruttive: condizionano il comportamento strutturale, la scelta deimodelli di calcolo e limportanza da dare ai dettagli.2) Rapporto tra resistenza e peso: lelevato valore per lacciaio consente ladozione di sezioni decisamente ridotte rispetto a quelle usuali per le strutture in c.a..Tale aspetto comporta:- problemi di deformabilit;- problemi di instabilit;- maggiore sensibilit a condizioni di carico trascurabili nel calcestruzzo armato;- rilevanti vantaggi nel caso di grandi luci e in zona sismica.3) Diverso comportamento a trazione e compressione.

Modalit costruttive:- C.A.: realizzazione in opera (maturazione del calcestruzzo), strutture monolitiche;Acciaio: facilit e rapidit di montaggio (assemblaggio), necessit di intervenire con accorgimenti per realizzare strutture continue, importanza dello studio dei collegamenti.

Elevata deformabilit delle strutture in acciaio rispetto a quelle in c.a., problemi in esercizio molto rilevanti (lEC3 tratta prima lo stato limite di sevizio e poi quello ultimo).

Deformabilit:- Modulo elastico dellacciaio moltoelevato (Es>>Ec);- Sezioni molto ridotte.Instabilit:- Strutture in acciaio molto snelle:a) Sensibilit al problema della stabilit inpresenza di aste compresse;b) Effetti del secondo ordine nellanalisiStrutturale;c) influenza della tridimensionalitsullinstabilit della struttura.

Sensibilit a schemi di carico

Leggerezza di strutture in acciaio: incidenza meno rilevante del peso proprio rispetto agli altri carichi (carichi variabili come neve e vento caratterizzati da maggiore aleatoriet).Esempio: copertura non praticabile in acciaio:Peso proprio = 0.15 0.3 kN/m2 ;Neve = 1.3 kN/m2, Vento = 0.3 0.5 kN/m2;(Neve circa 80 % del carico totale di progetto).

Strutture di grande luce o in zona sismicaEventuali problemi dovuti a depressione provocata dal vento;Possibilit di realizzare con lacciaio strutture di grande luceStrutture in zona sismica in acciaio: azione sismica ridotta rispetto al c.a. ed elevata capacit dissipativa grazie alla duttilit dellacciaio.Comportamento a trazione e compressionePer la struttura in acciaio soggetta acompressione: rischio di instabilit locale,dellelemento o della struttura.

PROFILATI METALLICI

ASTE REALI E ASTE IDEALI - IMPERFEZIONI

Le strutture si calcolano nellipotesi che lasta sia ideale cio perfettamente rettilinea, omogenea, isotropa ed esente da stati tensionali interni precedenti lapplicazione del carico. In realt le aste prodotte industrialmente presentano inevitabilmente delle imperfezioni.

Le imperfezioni possono essere:Per le imperfezioni meccaniche, sia nei profili laminati a caldo che in quelli laminati a freddo e a composizione saldata, sono presenti imperfezioni che riguardano le caratteristiche meccaniche, quali:- la presenza di tensioni residue (stati tensionali autoequilibrati nelle sezioni trasversali);- la disomogenea distribuzione delle caratteristiche meccaniche nelle sezioni trasversali e lungo lasse dei profilati.

Nei profili laminati a caldo le tensioni residue si formano a causa del processo di raffreddamento successivo alla laminazione (600 C) e possono venire modificate da eventuali processi termici o da raddrizzamento di natura meccanica. - meccaniche;- geometriche.

Con il termine di imperfezioni geometriche si indicano tutte le variazioni di dimensione o forma dellasta rispetto alla geometria ideale.Si hanno imperfezioni geometriche della sezione trasversale che dipendono da:- variazioni degli spessori e delle dimensioni delle lamiere nei profili saldati;- mancata ortogonalit degli elementi che compongono le sezioni.

Inoltre si osservano imperfezioni geometriche dellasse dellasta con la deviazione dellasse dellasta dalla sua posizione ideale perfettamente rettilinea.Le imperfezioni geometriche possono condizionare in modo evidente il comportamento degli elementi strutturali. Le normative impongono di tenerne conto.

COLONNE O PILASTRIProfilati industrialiColonne a sezione variabilebaionettaProfilati industrialitubolariColonne saldateColonne composteCalastrellatetralicciate

NODI TRAVE-PILASTROcerniereincastriincastri

Collegamenti alle fondazioniNODI PILASTRO-FONDAZIONEcernieraincastro

LE GIUNZIONI NELLE STRUTTURE METALLICHE

GIUNTI INTERMEDI:Giunti trave-trave; Giunti colonna-colonna.

GIUNTI DESTREMIT:Giunti tra travi;Giunti tra trave e colonna;Giunzioni per controventi ;Giunti di base;Giunti tra elementi in acciaio ed elementi in calcestruzzo.

MODELLAZIONE DEI GIUNTI: I giunti a cerniera; I giunti rigidi; I giunti semi-rigidi.

GIUNTI INTERMEDI: giunti trave-travea) giunto con piastre in acciaio (flange) saldate allestremit di ogni trave e bullonate in opera;c) giunto con piastre coprigiunto saldate (interamente in opera oppure allestremit di una trave in stabilimento e a quella dellaltra in opera);b) giunto con piastre coprigiunto dala e danima bullonate in opera; d) giunto con saldature testa a testa nelle ali e nellanima delle estremit delle travi collegate. Usualmente, per questa soluzione, conveniente che le estremit delle travi siano opportunamente lavorate in officina).

GIUNTI INTERMEDI: giunti colonna-colonna

a) giunto con piastre coprigiunto dala doppie (ossia due piastre per ogni ala) e piastre coprigiunto danima bullonate in opera;

b) giunto con doppie piastre coprigiunto dala bullonate in opera;

c) giunto con piastre coprigiunto dala singole e piastre coprigiunto danima bullonate in opera;

d) giunto per contatto con piastre coprigiunto dala interne al profilo e saldate;

e) giunto per contatto con piastre coprigiunto dala interne al profilo e bullonate;

f) giunto per contatto con flangia saldata in stabilimento allestremit della colonna inferiore ed in opera alla colonna superiore;

g) giunto per solo contatto tra flange saldate in stabilimento allestremit di ogni colonna;

giunto con piatto saldato in stabilimento alla colonna inferiore irrigidito da costole verticali, saldate allo scopo di evitare concentrazioni sforzi;giunto con piatto saldato in stabilimento allestremit della colonna inferiore, irrigidito da costole verticali (in corrispondenza delle ali della colonna superiore) sostenute da costole orizzontali saldate;c) giunto rastremato saldato in officina ad unestremit della colonna e in opera allestremit dellaltra colonna. Il carico trasferito mediante un traliccio costituito da due piastre orizzontali e da due piatti diagonali, di raccordo tra le ali delle membrature.

a) giunto con angolari danima, bullonati allanima sia della trave principale sia di quella secondaria.

b) giunto con angolari danima, saldati in stabilimento allanima della trave secondaria e bullonati in opera a quella della trave principale.

c) giunto con angolari bullonati allanima sia della trave principale sia di quella secondaria;

d) giunto con un piatto saldato in stabilimento allanima della trave secondaria e bullonato in opera a quella della trave principale.

e) giunto con un piatto saldato in stabilimento alla estremit della trave secondaria e bullonato in opera ad una flangia saldata alla trave principale opportunamente irrigidita da costole trasversali elle estremit.

f) giunto con un piatto saldato in stabilimento allanima della trave principale e bullonato in opera a quella della trave secondaria.

GIUNTI TRA TRAVE E COLONNA

a) giunto realizzato mediante angolari bullonati allala della colonna e allanima della trave;

b) giunto con piatto saldato in aggetto alla colonna e bullonato allanima della trave;

c) giunto con piastra saldata a parte di anima allestremit della trave e bullonata alla colonna;

d) giunto con piastra saldata, con cordoni di saldatura sia danima sia dala, alla trave e bullonata alla colonna.

Si osservi che tutte le tipologie di giunto trave-colonna possono presentare costolature di irrigidimento del pannello danima nella colonna, in corrispondenza della ali della trave, necessarie a volte per non creare zone preferenziali di debolezza del giunto.

GIUNTI PER ELEMENTI DI CONTROVENTI

giunti per controventi verticali

GIUNTI TRA PARTI IN ACCIAIO E PARTI IN CALCESTRUZZO

Giunti trave-colonna schematizzabili a cerniera piastra saldata in stabilimento allala (o allanima) della colonna e bullonata in opera allanima della trave;b) angolari bullonati allala (o allanima) della colonna e allanima della trave;c) piastra saldata a parte di anima della trave e bullonato allala (o allanima) della colonna;d) angolari bullonati allala (o allanima) della colonna e allanima della trave; e) piastra saldata in aggetto alla colonna alla quale vengono bullonati piatti in acciaio che consentono il collegamento con lanima della trave (tipico di profili tubolari);f) collegamento che garantisce la continuit della trave ed il trasferimento di sola azione assiale alla colonna (piastra saldata allestremit della colonna e bullonato allala inferiore della trave).

I giunti rigidi (schenatizzabili come incastri) a) nodo di sommit per colonna perimetrale preparato in stabilimento; b-c) nodo di sommit per colonna perimetrale realizzato saldando piatti forati, inclinati rispetto allasse baricentrico di trave e colonna, e bullonandoli in opera;d) nodo interno trave-colonna con trave saldata allala della colonna e costole di irrigidimento interne alla colonna in corrispondenza delle ali della trave;e) nodo interno trave-colonna con piastra forata saldata allestremit della trave e bullonata allala della colonna, dotata come nel caso precedente di irrigidimenti danima;f) nodo tra la trave alla cui estremit viene saldata una piastra forata in aggetto e lanima della colonna preventivamente forata;

Pannelli in C.A. o misti con laterizio gettati in opera (soluzione a, b); Pannelli in C.A. o misti con laterizio prefabbricati (soluzione c, d); Lamiere grecate riempite con materiale inerte (soluzione e); Lamiere grecate riempite con calcestruzzo collaborante (soluzione f).Limpalcato pu essere realizzato con:

Solai MetalliciI solai composti in acciaio-calcestruzzo sono costituiti da una lamiera grecata di acciaio su cui viene eseguito un getto di calcestruzzo normale o alleggerito. La lamiera ha la funzione di cassero durante la costruzione e costituisce parte o tutta larmatura longitudinale dopo lindurimento del calcestruzzo. Poich non sufficiente la semplice adesione chimica fra la lamiera e il calcestruzzo, sono previste opportune lavorazioni superficiali o particolari sagome per garantire laderenza fra acciaio e calcestruzzo.

Altre caratteristiche:

- leggerezza e riduzione degli ingombri- velocit di realizzazione- facilit di taglio e scarsa suscettibilit a problemi di tolleranze- facilit nella realizzazione di aperture per il passaggio degli impianti

Gli spessori della lamiera variano tra 0.7 e 1.5 mm mentre le altezze tra 40 e 80 mm.Pavimento;Calcestruzzo alleggerito;Getto di calcestruzzo;Lamiera grecata;Trave secondaria;Trave principale;Controsoffitto.

I solai metallici con soletta di calcestruzzo sono posizionati velocemente. Richiedono un contenimento ai bordi per prevenire la caduta del calcestruzzo. Il calcestruzzo in genere pompato sulle lamiere del solaio.

solaioTrave secondariaTrave principaleTrave di bordoControvento longitudinale Controvento trasversale Colonna o pilastro Colonna o pilastro

Nucleo di controvento in calcestruzzo armato (a), intelaiato (b) e tralicciato (c).a)b)c)Vento o sisma

I telai pendolari

telaio pendolare ricorrenti tipologie di maglie di controvento.

Tipologia dei controventi (bracing)

I controventi si possono realizzare secondo varie forme, come ad esempio a X, K e forme a V. Con controventi a X (a S. Andrea), le aste sono progettate trascurando il contributo dellasta compressa (le aste sono elementi molto snelli che si instabilizzano con basse forze di compressione). (a) Controvento a S. Andrea;(b) Controvento K; (c) Controvento V. Utilizzando controventi a K o V, le aste del controvento devono essere progettati per resistere a forze di compressione. Piatti o angolari possono essere utilizzati per controventi a X (a S. Andrea) mentre tubolari o sezioni a H sono generalmente adottati per controventi a K o V.

I sistemi intelaiati a nodi rigidi in acciaio Soluzione economicamente non conveniente.

Controventamentoa)b)Soluzione a: controvento a croce di S. Andrea progettato non considerando le aste diagonali compresse. Gli arcarecci risultano inflessi e compressi.Soluzione b: controventi di testata con diagonali tese. Gli arcarecci risultano inflessi ed eventualmente tesi.VentoVento

VentoControvento di faldaControvento verticaleReazioni in fondazionedovute al vento

Controvento di faldaVentoControvento verticaleArcarecci compressi

Trave di falda1) Controvento reticolare; 2) Controvento con parete resistente; 3) Controvento con parete metallica; 4) Controvento con telaio a nodi rigidi.

Controventamento: possibili soluzioni VentoVentoVentoVento

Controventamento: soluzioni per edifici con copertura non orizzontale.VentoVentoVento

Controventamento: 2 per ogni direzione

Controventamento: 1 in direzione longitudinale e due in direzione trasversale 1 in direzione longitudinale e due in direzione trasversale: isostatico 2 in direzione longitudinale e 1 in direzione trasversale: labile

Azione del Vento e possibili reazioni in fondazionecontroventi di piano

Edificio con piani appesi: colonne teseTravi semplicemente appoggiate

Trave per appendere i solaiPilastri per solaiNucleosolai

GIUNTI DI DILATAZIONEa) Senza giunto con 1 controvento (isostatico);b) Senza giunto con 1 controvento (isostatico); c) Senza giunto con 2 controventi (iperstatico); d) Con 1 giunto e con 2 controventi (isostatico); e) Con 1 giunto e con 2 controventi (isostatico).

Aste vincolate agli estremi l0 = lAste con vincoli intermediINSTABILITA DI ASTE COMPRESSE

COMPORTAMENTO DELLE COLONNE CON CONTROVENTI:

lunghezza libera di inflessione.