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COSTRUZIONI METALLICHE
IN ZONA SISMICA – PARTE I
1
CORSO DI COSTRUZIONI METALLICHE a.a. 2013/2014
Prof. F. Bontempi
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma www.francobontempi.org
1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
2 Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
1.1 – Richiami sulla caratterizzazione delle azioni
AZIONI:
Vento, Sisma, Neve, Carichi gravitazionali, Variazione di temperatura, ecc.
STATICHE DINAMICHE
Carichi gravitazionali? Vento?
Sisma? Variazione di
temperatura?
Neve?
Traffico veicolare?
QUESITO: Secondo quale criterio classifico un’azione come
“DINAMICA” o “STATICA”?
1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
3 Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
LINEARE
NON LINEARE
DINAMICO
STATICO
1.2 – Azioni e risposta strutturale
EQUILIBRIO ANALISI
4 Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
Accelerazione max attesa in superficie Analisi statica lineare equivalente
Spettro di risposta atteso in superficie Analisi dinamica lineare
Accelerogramma Analisi dinamica non lineare
MODELLAZIONE DELL’AZIONE TIPOLOGIA DI ANALISI
1.3 – L’azione sismica secondo NTC2008
1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
QUESITO: come si può dunque parlare di
DISSIPAZIONE?
DUTTILITÀ?
ISOLAMENTO?
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1.4 – ESEMPIO: Azione sismica come Spettro con le NTC 2008
1. Definire la vita nominale della costruzione
2. Definire dove è situata la costruzione
3. Scegliere lo stato limite da considerare (SLC, SLV… )
4. Individuare la categoria di sottosuolo
5. Individuare la categoria topografica
6. ecc…
AZIONE: Spettro di risposta atteso in superficie
ANALISI: Dinamica LINEARE
1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
6 Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
1.5 – Sistema equivalente
L’approccio al progetto antisismico, per la maggior parte degli edifici, è
basato sulla resistenza richiesta dal terremoto ad un sistema elastico a un
sol grado di libertà, equivalente in termini di rigidezza e di smorzamento al
sistema strutturale reale che è inelastico e a più gradi di libertà (Mazzolani
et al. 2006)
1.6 – Esempi
QUESITO: Come si può valutare un sistema elastico lineare equivalente
ad un sistema reale marcatamente non lineare?
2 – LE BASI DELLA PROGETTAZIONE ANTISISMICA
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2.1 – Filosofie di progetto
FILOSOFIE
DI PROGETTO
TRADIZIONALE
(Stati limite)
INNOVATIVA
(Performance
Based Design)
Comportamento
dissipativo
Comportamento
non dissipativo
Criteri più rigorosi per selezionare il
sistema strutturale più adeguato,
affinché per specificati livelli di
intensità del sisma il danno possa
essere contenuto entro limiti
prefissati
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2.2 – Il comportamento dissipativo
Per struttura con comportamento dissipativo si intende una struttura concepita
in maniera tale da avere elementi strutturali o parti di elementi strutturali in
grado di dissipare parte dell’energia sismica mediante cicli di deformazione
inelastica.
Sotto l’azione del sisma vi saranno dunque elementi progettati per fornire un
comportamento plastico ed altri progettati per un comportamento di tipo
elastico.
2.2 – Punti critici
1) Come progettare la struttura al fine di ottenere il comportamento
dissipativo voluto?
2) Come valutare il fattore di struttura q, che deve essere rappresentativo
della duttilità globale della struttura?
3) In che modo si può ottimizzare lo sfruttamento delle risorse plastiche?
(ad es. gerarchia delle resistenze GdR)
2 – LE BASI DELLA PROGETTAZIONE ANTISISMICA
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.1 – Costruzioni d’acciaio per le NTC2008
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3.2 – Il materiale acciaio – Prescrizioni addizionali per le zone dissipative
𝑓𝑢𝑓𝑦
≥ 1.20 𝜀𝑢 ≥ 20%
La resistenza del materiale, per le zone dissipative, deve essere amplificata con un coefficiente di sovraresistenza gov , dato dal
rapporto tra il valore di resistenza medio fym e quello caratteristico
fyk al fine di considerare l’aleatorietà di fy
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.3 – Le tipologie strutturali
ASSENZA DI CONTROVENTI
NUMEROSE ZONE DISSIPATIVE
VANTAGGI
COLLEGAMENTI COSTOSI
DIFFICOLTA’ PER LA GdR
SVANTAGGI
LA DISSIPAZIONE AVVIENE PER FLESSIONE O PRESSO-FLESSIONE
DEGLI ELEMENTI
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
QUESITO: se il momento d’inerzia della trave risulta maggiore di quello della
colonna, caso frequente per strutture metalliche progettate principalmente
per carichi verticali, come si può soddisfare la GdR?
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3.3 – Le tipologie strutturali
LO SNERVAMENTO DEI DIAGONALI TESI DEVE PRECEDERE IL
RAGGIUNGIMENTO DELL’INSTABILITA’ DEI DIAGONALI COMPRESSI
SPOSTAMENTI LATERALI
CONTENUTI
ELEMENTI DEDICATI ALLA
DISSIPAZIONE
VINCOLI ARCHITETTONICI
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
VANTAGGI SVANTAGGI
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3.3 – Le tipologie strutturali
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.3 – Le tipologie strutturali
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.3 – Le tipologie strutturali
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.3 – Le tipologie strutturali
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.3 – Le tipologie strutturali
AD ESEMPIO I TELAI DI EDIFICI MONOPIANO, IN CUI IL 50% DELLA
MASSA E’ CONCENTRATA NEL TERZO SUPERIORE DELL’ALTEZZA
DELL’EDIFICIO.
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.4 – Il fattore di struttura nelle NTC2008 - duttilità globale
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.4.1 – Il fattore q0
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.4.2 – Il rapporto au /a1
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
a1 moltiplicatore che causa la prima plasticizzazione, definita con lo spostamento d1
au moltiplicatore che causa il collasso, definito con lo spostamento du
ae moltiplicatore che provoca uno spostamento due=du nel sistema elastico
equivalente
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3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.4.2 – Il rapporto au /a1
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – confronto sulle Norme
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
Ordinanza 3274 Classificazione delle membrature in categorie di
duttilità sulla base della valutazione di un parametro di
snellezza “s”, funzione di:
• Snellezza delle diverse parti che compongono la
sezione
• Proprietà del materiale
• Distribuzione del momento flettente lungo l’asse
della membratura
EC3 e NTC2008 Classificazione delle membrature basata sulla valutazione di un parametro di snellezza “ ”, funzione
di:
• Larghezza e spessore della sola parte compressa
della sezione
• Proprietà del materiale
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
Ordinanza 3274 Classificazione delle membrature in categorie
di duttilità basata sulla valutazione di un
parametro di snellezza “s”
Il parametro “s” è definito come il rapporto tra la tensione fc
corrispondente alla capacità portante ultima della sezione e la tensione di
snervamento del materiale fy
Nel caso di profili a doppia T, inflessi, esso è funzione di:
• Snellezza delle flange e dell’anima
• Proprietà del materiale
• Distribuzione del momento flettente lungo l’asse della membratura
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274
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ESEMPIO – Profilo a doppia T
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
Mc è il momento flettente corrispondente al manifestarsi dell’instabilità locale
N.B. Nel caso di membrature tese, “s” si determina con:
Poiché ft/fy deve essere >1.2 (cfr. slide 10) allora s>1.2 , dunque le
membrature tese sono sempre classificate come duttili
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
Cq=
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3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
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3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
Le classi si basano sul
parametro di snellezza:
N.B.1 nelle NTC la
larghezza della parte
compressa è indicata
nel testo con “b”,
mentre poi in tabella è
indicata con “c”
N.B.2 viene definito
Considerando E uguale
per tutti gli acciai
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
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3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
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4 – RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
Mazzolani, F.M., Landolfo, R., Della Corte, G., Faggiano, B. (2006) Edifici con Struttura di Acciaio
in Zona Sismica. IUSS PRESS, Pavia.
Ordinanza della Presidenza del Consiglio dei Ministri, N. 3274 del 20/03/2003: Primi Elementi
in Materia di Criteri Generali per la Classificazione Sismica del Territorio Nazionale e di Normative
Tecniche per le Costruzioni in Zona Sismica.
prEN 1993-1:2003. Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1: General structural rules.
prEN 1998-1:2003. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1:
General rules. CEN, January2003.
