Linee Guida Per La Progettazione Strutturale

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Linee guida per la progettazione strutturale

Alessandra GubanaUniversità di Udine Udine, 27 maggio 2005

La realizzazione di un’opera di ingegneria è generalmente il punto di arrivo di un lungo e complesso processo di progettazione di natura multidisciplinare.Sinteticamente si può dire che la concezione di un edificio è determinata da• la destinazione d’uso• il sito ed il terreno su cui sarà costruita• i regolamenti urbanistici• le scelte architettoniche• le scelte dei materiali e del tipo di struttura• le condizioni geologiche, geotecniche del terreno• le scelte del tipo di impianti (riscaldamento,condizionamento,elettrico,informatico)• le esigenze in materia energetica e di protezione ambientale • le esigenze di protezione incendio• ………….

PROCESSO INTERATTIVO DI PROGETTAZIONI SUCCESSIVE

studi preliminari, varianti, progetto definitivo, progetto esecutivo

SOLUZIONE FINALE

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ASPETTI FONDAMENTALI PER LA CONCEZIONE DELLA STRUTTURA

• Scelta del sistema portante in funzione della destinazione d’uso

8÷15nessunamolto elevata

5÷12nuclei scala, telai c.a,acciaio,prefabbricati

mobilielevataUFFICI, COMMERCIALI

4÷10telai c.a/, acciaio, prefabbricatimobilielevataSCUOLE

2,5÷5telai c.a, muraturafisse/spostabilirelativaABITAZIONI

LUCI LIBERE(m)

ELEMENTI PORTANTI VERTICALITRAMEZZATUREFLESSIBILITA’DESTINAZIONE

D’USO

Grandezza Simbolo Relazione di calcolo Valore [MPa]

Resistenza cubica caratteristica Rck - - 30

Resistenza cilindrica caratteristica fck 0.83 Rck 0.83 30⋅ 24.90

Resistenza di calcolo a compressione allo Stato

Limite Ultimo fcd fck/γc 24.90/1.6 15.56

Resistenza media a trazione fctm 0.27 3 2ckR 0.27 3 230 2.61

Resistenza caratteristica a trazione

fctk,0.05 0.7fctm 0.7 61.2⋅ 1.82

Resistenza di calcolo a trazione allo Stato Limite

Ultimo fctd fctk,0.05/1.6 1.82/1.6 1.14

Valore medio del modulo elastico istantaneo tangente

all'origine Ec 5700 ckR 5700 30⋅ 31220

• Scelta dei materialiASPETTI FONDAMENTALI PER LA CONCEZIONE DELLA STRUTTURA

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• Scelta dei materiali

Acciaio per c.a


Grandezza Simbolo Relazione di calcolo Valore [MPa]

Tensione caratteristica di snervamento fyk - - 430

Resistenza di calcolo allo SLU fsd fyk/γc 430/1.15 374

Modulo di elasticità Es - - 206000

Acciai per carpenteria metallica

• Fe 360

• Fe 430

• Fe 510


• Scelta dello schema strutturale

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• Scelta dello schema strutturale per forze orizzontali



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• Scelta dello schema strutturale (effetti delle variazioni termiche)

Il progetto di un edificio è generalmente concepito su una griglia modulare.

La geometria della griglia è scelta in funzione della dimensione degli elementi più ripetitivi nel progetto / dimensioni dei locali, pannelli di facciata, finestre,…


• Scelta dello griglia strutturale

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• scelta del tipo di fondazioni


• scelta del tipo di fondazioni

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• Altezza delle travi e dei solai

L’altezza totale di un edificio dipende dalle scelte architettoniche, vincolate a loro volta dalle norme urbanistiche.

Le altezze interne dei locali devono rispettare i regolamenti edilizi (FVG 2,50 m per abitazioni, ….)

Ad eccezione dei locali destinati a civile abitazione, la necessità di impianti sempre più sofisticati (riscaldamento/ condizionamento …) richiede uno spessore supplementare a quello strutturale, da un minimo di 15 cm fino anche ad 1 m.

All’estradosso inoltre è sempre presente uno strato isolante (termico o acustico), una barriera al vapore, gli impianti, un massetto alleggerito, e il pavimento.

L’altezza totale del solaio risulta quindi >>> dello spessore del solaio strutturale.

CRITERI DI PREDIMENSIONAMENTO

Il progetto dei solai e delle travi deve garantire un buon funzionamento della struttura in condizioni di esercizio e a rottura.

IN ESERCIZIO

Controllo dello stato di sforzo

Controllo della fessurazione

Controllo della deformazione

A ROTTURA Verifica della capacità portante (controllo della duttilità)

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Il criterio per predimensionare l’altezza delle travi èbasato sul rispetto di determinati rapporti tra la luce e

l’altezza delle travi.

id

4

J Eq

3845v l=max

id

4

J Eq

88

3845v l=max

2

id

maxJ E

M384

8 5v l⋅=max

ll d 384

40v sc ε+ε=max

d

EE38440v

s

s

c

c ll

σ+σ=max

( ) d

EE1

xdn x

38440v

s

s

c

s ll

σ+−

σ=max

dx(x)v

R1 sc

2

2 ε+ε=∂

∂≅

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ANALISI DEI CARICHI

4.2632.5Totale

0.301.5Intonaco all'intradosso (r=20 kN/m3)

0.564Massetto di sottofondo in cls alleggerito (r=14kN/m3)

0.402Pavimento in ceramica

kN/m2

3.00cm

20+5Solaio in latero cemento con travetti tralicciatii = 50 cm

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COMBINAZIONI DEI CARICHI

Indipendentemente dal metodo di verifica adottato, le azioni di interesse debbono essere cumulate secondo condizioni di carico tali da risultare le piùsfavorevoli ai fini delle singole verifiche, tenendo adeguatamente in considerazione la ridotta probabilità di intervento simultaneo di tutte le azioni con i rispettivi valori più grandi.Adottando il metodo di verifica degli stati limite, tali combinazioni delle azioni sono fornite dal D.M. 09.01.96 (Parte Generale, §7), in funzione dello stato limite considerato e a partire dai valori caratteristici delle azioni.In particolare, per gli stati limite ultimi, corrispondenti al valore estremo della capacità portante, si devono considerare le combinazioni del tipo:

essendo Gk il valore caratteristico delle azioni permanenti;Qik i valori caratteristici delle azioni variabili tra loro indipendenti;Q1k il valore caratteristico dell’azione di base di ogni combinazione;γg = coefficiente di sicurezza per le azioni permanenti pari a 1,4 (1,0 se il suo contributo aumenta la sicurezza);γq = coefficiente di sicurezza per le azioni variabili pari a 1,5 (0 se il suo contributo aumenta la sicurezza);

])([n

2iik0i1kqkgd ∑

=ψ+⋅γ+γ= QQGF

ψ0i coefficiente di combinazione il cui valore è riportato in Tabella 2.1 (D.M. 09.01.96, Parte Generale, §7, Prospetto 1).Per gli stati limite di esercizio si adotteranno invece le seguenti combinazioni:Combinazioni rare:

Combinazioni frequenti:

Combinazioni quasi permanenti:

ψ0i, ψ1i, ψ2i i coefficienti di combinazione i cui valori sono riportati nella Tabella 2.1

(D.M. 09.01.96, Parte Generale, §7, Prospetto 1).

∑=

ψ++=n

2iik0i1kkd )( QQGF

∑=

ψ+ψ+=n

2iik2i1k11kd )( QQGF

∑=

ψ+ψ+=n

2iik2i1k11kd )( QQGF

∑=

ψ+=n

1iik2ikd )( QGF

0.20.30.60

0.50.60.70.2

0.70.70.70.7

Carichi variabili AbitazioniUffici e negoziAutorimesseVento e neve

ψ2iψ1iψ0iAzione

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EC2 2.3.2.3.(4)

Per travi continue senza sbalzi può essere applicato su tutte le luci lo stesso valore di calcolo del peso proprio.

diagrammi inviluppo delle combinazioni di carico

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TRASLAZIONE DEL DIAGRAMMA DEI MOMENTI

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d

d’

Mrd = Fs • zz ≈ 0,9 dFs = fyd •AsMrd = (fyd Asmin ) z

As min =z f

Myd

sd

As’ =η As

• Progetto delle armature

3,5 %0

10 %0

εc

εs

2

εsyd

34

1

2 %0

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Campi di rottura

Il parametro che determina il campo di rottura della sezione è la percentuale di armatura tesa

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ROTTURA CONTEMPORANEA

= 3,5 %0

=10 %0

εc

εs

x

d

α fcd α fcd

0,8 x

Fs

Fc

0,259 53

53 dx

o10oo

scc ==

ε+εε=

+ %%,%,

ARMATURA DI CONTEMPORANEA ROTTURA

ydcd

scr f·0,8x ·b ·f ·A α=

Fc = Fs

α·fcd ·b ·0,8x = fyd·Ascr

% 8050dx0,8

f f

db·A ·

ydcdscr

cr ,, ÷=α=⋅

=ρ

ROTTURA BILANCIATA o LIMITE

= 3,5 %0

=ε syd

εc

εs

x

d

α fcd α fcd

0,8 x

Fs

Fc

ARMATURA BILANCIATA O LIMITE

ydcd

bil s f·0,8x ·b ·f ·A α=

Fc = Fs

α·fcd ·b ·0,8x = fyd·Asbil

0,652 53

53 dx

sydoo

scc =

ε=

ε+εε=

+%,%,

% 251dx0,8

f f

db·A ·

ydcdbil s

bil ÷=α=⋅

=ρ ,

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Sezioni debolmente armateAs cr < As < As bil0,5-0,8% < ρs <1,5-2%0,259<x/d<0,652

Sezioni molto debolmente armateAs < As cr

ρs <0,5-0,8%x/d<0,259

Sezioni fortemente armateAs > Asbil

ρs >1,5-2%x/d>0,652

N.B.:valori valutati nell’ipotesi che l’acciaio dell’armatura superiore sia snervato

Eurocodice 2

2.5.3.4.2 Analisi lineare con o senza ridistribuzione

percentuale corrispondente a x/d =0,45 ρs max=1,35%

Analoga prescrizione nel D.M.09.01.96 paragrafo 4.1.1.2

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• Progetto della larghezza della sezione

H determinato sulla base di considerazioni rapporto luce / altezza

As determinata sulla base del momento sollecitante

si fissa ρs max = 0.7-1.2 %

ρs max = As / B H

B = As / (H ρs max )

confronto momenti resistenti

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

pecentuale armatura tesa %

mom

enti

kNm TA-mr-latocls

TA-mr-latoacciaio

% rotturacontemporanea% rottura bilanciata

Momento SLU

% max armatura perx/d=0,45

0,73 1,831,35

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duttilità in curvatura sezioni inflesse

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5%percentuale armatura tesa

coef

ficie

nte

di d

uttil

ità

VERIFICHE

S.L.U

• FLESSIONE

• PRESSOFLESSIONE

D OM IN IO M -N

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

-1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500

AZIONE ASSIALE N (kN)

• TAGLIO

• TORSIONE

SLE

• SFORZI

• DEFORMAZIONI

• FESSURAZIONE

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SEZIONE A 25.05.2004 TEMA 10

Si richiede il progetto strutturale di massima dell’edificio destinato a civile abitazione, sito in zona sismica di 2a categoria, il cui progetto architettonico èillustrato in figura. Le strutture potranno essere realizzate, a scelta del candidato, in calcestruzzo armato o in acciaio. In particolare si richiede almeno il calcolo ed il disegno esecutivo di un solaio tipo, di una trave principale e di un elemento verticale di controvento.

La tettoia industriale in c.a. di cui allo schema sotto riportato, sorge in zona sismica.E’ costituita da quattro telai uguali con impalcato di copertura indeformabile.

Le caratteristiche geometriche sono le seguenti:Luce in asse pilastri12,00 mInterasse telai 5,00 mAltezza netta colonna 7,20 mDimensione colonne 0,4 x 0,6 mDimensione travi principali 0,4 x 0,8 mCordoli 0,3 x 0,4 mCarico in copertura: Permanente 4000 N/m2

Accidentale 1280 N/m2

SEZIONE A 23.11.2004

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Si chiede il calcolo e il dimensionamento delle armature delle colonne e delle travi principali.Si determino inoltre le dimensioni e le armature dei plinti (altezza 50 cm) in modo che la pressione max. sul terreno non superi 20 N/cm2, ipotizzando che non ci siano rotazioni alla base. L’edificio è situato in zona sismica. Si può scegliere se calcolarlo con la normativa del D.M. 16.01.96 (zona II categoria e coeff. fondazione = 1) e dimensionarlo con il metodo delle tensioni ammissibili, oppure calcolarlo secondo la Ordinanza 3274/2003 (zona categoria 2), con dimensionamento agli stati limite. In questo caso il profilo del suolo è tipo “A” .I cordoli in direzione longitudinale si considerino incernierati alla sommità delle colonne.Si trascura il vento .


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SEZIONE A

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SEZIONE A

SEZIONE A

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SEZIONE A

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