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Caso di studioCaso di studioCaso di studioCaso di studio

EXPO 1970, OSAKA, GIAPPONEEXPO 1970, OSAKA, GIAPPONEEXPO 1970, OSAKA, GIAPPONEEXPO 1970, OSAKA, GIAPPONE

Per l’expo mondiale di Osaka, nel 1970, progettato e diretto da Kenzo Tange, viene progettato un enorme reticolo spaziale trasparente, di 291,6 m x 108 m, supportato sol-tanto da sei colonne a traliccio all’altezza di 30 m da terra. La copertura era basata su una griglia di 10,8 m x 10,8 m, configurata a quadrato su quadrato sfalsato, aveva altezza 7,637 m, interasse fra le colonne di 75,6 m in direzione trasversale, e sporgenze a sbalzo di 16,2 m su ogni lato. In direzione longitudinale, c'erano due campate di 108m e menso-le di 37,8 m a ogni estremità.

Nella planimetria del padiglione e nel prospetto a est, una delle campate maggiori del reti-colo spaziale era attraversata da un'apertura circolare con un diametro di circa 54 m che permetteva alla torre simbolica Helios, o Torre del Sole, di elevarsi al di sopra del tetto in-nalzandosi dall'Atrio dell'Umanità. L'altezza del reticolo spaziale era tale da consentire la collocazione di spazi espositivi all'interno della struttura della copertura.

Sopra: Sopra: Sopra: Sopra: Vista aerea del reticolo spazia-

le di 291,6 m x 108m per la

"Symbol Zone" del Festival

Square all'Expo 70 a Osaka,

Giappone.

A Fianco: A Fianco: A Fianco: A Fianco: Vista interna con l’elemento

centrale costituito dalla “Torre

del sole”, tipico simbolo

giapponese.

Cenni storici

Il progetto

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Si trattava di una costruzione di enormi proporzioni e la lunghezza delle aste compresse rese necessario l'uso di tubi d'acciaio di grande diametro, 500 mm per i correnti e 350 mm per le diagonali. l tubi variavano in spessore, a parità di dimensioni esterne, da 7,9 a 30 mm, in funzione delle forze applicate, e portavano saldati alle estremità elementi conici di acciaio. Questi erano collegati, con bulloni di acciaio ad alta resistenza del diametro da 70 a 188 mm, a enormi nodi sferici cavi di acciaio fuso del diametro di 800 - 1000 mm. La linea estetica della copertura proseguiva nelle colonne di supporto, che erano costruite con elementi simili, intorno a un pilastro centrale tubolare del diametro di 1 ,8 m. Il numero totale di aste tubolari impiegate era di 2272, collegate con 639 nodi. La soluzione costruttiva adottata in questo caso consisteva nel fabbricare gli elementi del reticolo spaziale con una tolleranza dimensionale meno rigorosa, e di fissare con precisione la posizione dei nodi nello spazio consentendo nello stesso tempo piccoli aggiustamenti del-le lunghezze delle aste agendo su dettagli costruttivi dei collegamenti. La correzione delle lunghezze delle aste (± 25 mm) era ottenuta usando spessori di acciaio inseriti fra l'estre-mità conica dell'asta e il nodo sferico. Il montaggio del reticolo spaziale fu realizzato a terra, attorno al pilastro di 1803 mm di dia-metro delle colonne permanenti. La copertura fu quindi sollevata, con passi di 80 mm e alla velocità media di 2 m al giorno, a mezzo di martinetti pneumatici ascendenti della capaci-tà di 450 tonnellate. Dopo il sollevamento della copertura iniziò la costruzione dell'intela-iatura esterna delle colonne e si installarono alla base puntelli provvisori per aumentare la

Sotto: Sotto: Sotto: Sotto: Prospetto orientale (in alto) e planimatria (in basso) del reticolo spaziale per la "Symbol Zone" del Festival Square all'Expo 70 a

Osaka, Giappone.

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rigidezza contro forze laterali sismiche o dovute al vento, Una volta completato il solleva-mento, il carico venne trasferito dai martinetti alla struttura permanente delle colonne in-stallando i giunti dei capitelli e rimuovendo i puntelli provvisori alla base. Una soluzione innovative era costituita, per quei tempi, dal tetto trasparente che era ottenu-to gonfiando çiei cuscini introdotti all'interno di ciascun vano quadrato dello strato superio-re del reticolo spaziale. Il rivestimento superiore era costituito da sei strati di poliestere e quello inferiore di cinque strati; ogni strato si sviluppava perpendicolarmente a quelli adia-cente. Il gonfiaggio era fatto con aria secca, normalmente alla di pressione di 50 mm d'ac-qua, "Symbol Zone", Expo 70, Osaka, Giappone o a 100 mm in caso di forte vento. Per lo strato esterno di ogni cuscino fu usata una speciale pellicola resistente all'ultravioletto.

A fianco: A fianco: A fianco: A fianco: Tipico giunto sferico reticolare

Sopra: Sopra: Sopra: Sopra: diagramma che descrive il metodo di colle-

gamento con grandi bulloni ad alta resi-

stenza e con spessori per gli aggiusta-

menti della lunghezza delle aste.

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Caso di studioCaso di studioCaso di studioCaso di studio

Palazzo dello sport Sant Jordi, Barcellona, SpagnaPalazzo dello sport Sant Jordi, Barcellona, SpagnaPalazzo dello sport Sant Jordi, Barcellona, SpagnaPalazzo dello sport Sant Jordi, Barcellona, Spagna

A seguito di una gara internazionale di progettazione tenutasi nel 1983, Arata lsozaki (architetto)

e Mamoru Kawaguchi (ingegnere) furono incaricati di progettare un palazzo dello sport da 15

000 posti a sedere, che doveva essere costruito come principale arena coperta per le Olimpiadi

di Barcellona del 1992.

In linea di principio fu adottato un reticolo spaziale "prodotto in massa" ma con una forma ragio-

nevolmente complessa, per la cui fabbricazione economica e per il cui montaggio si richiedeva

l'impiego delle moderne tecnologie. Tutti e quattro i lati dello stadio hanno planimetria curva e la

sezione trasversale è arcuata lungo entrambi gli assi maggiori. Una zona centrale è costruita

con una curvatura un po' diversa ed è anche leggermente rastremata nella direzione dell'asse

maggiore dell'arena. Quest'area è circondata da un lucernario continuo ed è attraversata da

lanterne convesse più piccole formando una configurazione che si adatta a quella dei correnti

superiori del reticolo spaziale. La copertura è rivestita con due materiali alternativi, tegole di

ceramica nera e fogli di zinco metallico. La copertura reticolare ha le dimensioni planimetriche

massime di 128m x 106m; all'interno di queste, la zona centrale, di differente curvatura, è ap-

prossimativamente di 80 m x 60 m. In entrambe le sezioni centrale e perimetrale della copertura

il reticolo spaziale ha un'altezza di soli 2,50 m. La conformazione convessa della copertura mo-

stra chiaramente lo sviluppo di una considerevole azione di arco, per cui non risultano applicabili

i normali rapporti luce/altezza validi per le coperture piane. La massima elevazione fra il filo su-

periore dei supporti delle colonne e il punto più alto della copertura è di 21 m, con un'altezza

totale sul piano dell'arena di circa 45m.

Cenni storici

Il progetto

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La struttura della copertura fu assembla-

ta con 9190 aste aventi diametro variabi-

le in modo prevalente tra 76 e 267 m m,

anche se furono usati in periferia tubi di

406 e 508 mm. Le aste sono collegate

usando 2403 nodi sferici di acciaio fuso

con diametro variabile da 100 a 250 mm.

Tutta la struttura reticolare di copertura

appoggia su sessanta colonne tubolari

perimetrali di acciaio, del diametro di 508

o 609,6 mm in funzione della loro posi-

zione.

Il sistema SEO di reticoli spaziali è stato

prodotto usando tubi fabbricati con una

precisione in lunghezza di 0,3 mm e con

giunti sferici forgiati e forati con trapano

a controllo numerico computerizzato per

alloggiare i bulloni di collegamento.

L'aspetto più innovativo del reticolo spaziale è forse il metodo di montaggio, conosciuto come

sistema Pantadome. Essa prevede l'assemblaggio del reticolo spaziale in una forma parzialmente

ripiegata, che viene in seguito raddrizzata nella sua forma finale.

Questo permise l'assemblaggio, a un livello prossimo al piano pavimento dell'arena, della parte

centrale di questa complessa copertura prima di sollevarla nella posizione definitiva.

Sopra: Sopra: Sopra: Sopra: Dettagli della copertura

Sopra: Sopra: Sopra: Sopra: La copertura in costruzione

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La sequenza di montaggio inizia con l'assemblaggio della parte centrale della copertura su suppor-

ti provvisori, a circa 6 m al di sopra del piano pavimento dell'arena e direttamente al di sotto della

sua posizione planimetrica finale. Si costruirono quindi sedici sezioni perimetrali del reticolo spa-

ziale; queste vennero poi collegate con giunti a cerniera sia alle colonne perimetrali sia alla sezione

centrale della copertura. Anche le colonne perimetrali vennero incernierate alla base.

La vista planimetrica dell’arena mostra la disposizione dei segmenti del reticolo spaziale prima

del sollevamento, e i piccoli cerchi indicano la posizione delle torri di sollevamento. A questo sta-

dio, la struttura nel suo complesso era meccanicamente molto flessibile.

Con un'operazione di sollevamento accuratamente controllata da computer la sezione centrale del-

la copertura venne sollevata verticalmente sulla posizione finale. Furono usate dodici torri di solle-

vamento, dotate in sommità di un telaio tetraedrico per ripartire la forza di sollevamento sui due

nodi del corrente inferiore del reticolo spaziale e per garantire l'articolazione orizzontale.

Il processo di sollevamento prevedeva che le sezioni perimetrali del reticolo spaziale venissero in-

nalzate, a partire da un orientamento iniziale inclinato in basso verso la parte centrale dell'arena,

alla loro posizione finale inclinata verso l'alto per supportare la sezione centrale della cupola.

Durante questa operazione le sommità delle colonne perimetrali vennero prima forzate verso l'e-

sterno, per consentire alle sezioni perimetrali del reticolo spaziale di cambiare il loro allineamento,

per ritornare verticali dopo che le sezioni centrali della copertura ebbero assunto la loro posizione

finale. Negli intervalli fra le sezioni perimetrali vennero quindi inseriti elementi addizionali del reti-

colo spaziale per completare la forma tridimensionale a cupola e per bloccare il meccanismo. Le

torri di sollevamento furono poi smontate.

Al centro dell'arena, e precisamente al reticolo spaziale a cupola, è sospesa una struttura seconda-

ria di 60 m x 22 m in pianta, che porta pannelli elettronici, schermi video e attrezzature acustiche.

Per assecondare le dilatazioni e le contrazioni termiche dell'estesa struttura di copertura senza in-

durre sollecitazioni nel reticolo spaziale, tutte le colonne perimetrali sono incernierate al piede e

alla sommità, in modo da permettere libertà di movimento in direzione perpendicolare al perime-

tro della copertura.

Per resistere alle forze laterali sulla copertura, come quelle dovute al vento, coppie di colonne adia-

centi sono collegate alla sommità per formare rigidi telai a portale. A causa del numero limitato di

colonne di supporto, lo spettatore che si trova all'interno del Palazzo dello sport Sant Jordi ha l'im-

pressione che la copertura reticolare galleggi sulla massa delle tribune in cemento armato.

A seguire sono riportate la pianta, il prospetto principale e la sezione

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Prospetto e sezioneProspetto e sezioneProspetto e sezioneProspetto e sezione

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Caso di StudioCaso di StudioCaso di StudioCaso di Studio

Ferrari World, Abu Dhabi, Emirati ArabiFerrari World, Abu Dhabi, Emirati ArabiFerrari World, Abu Dhabi, Emirati ArabiFerrari World, Abu Dhabi, Emirati Arabi

Il Ferrari World è un parco a tema sull'isola Yas ad Abu Dhabi, l'isola naturale più grande degli

Emirati. Progettato da Benoy Architects nel 2005 ed ultimata ed nel 2010, al centro del parco si erge mae-stosa la più grande struttura reticolare realizzata al mondo, con la sua architettura non conven-zionale, che copre una superficie di 176 mila metri quadrati per un'altezza media di 17m e quindi un volume complessivo di 3 milioni di metri cubi coperti. Con il suo ingombro di 350 x 43 m, l'enorme struttura , in fase di progettazione, è stata concepita in tre sottostrutture interdipendenti identificabili con il nucleo interno a iperboloide, il corpo prin-cipale e le tre "pinze" esterne, tutte realizzate interamente con il sistema MERO KK per un totale di circa 42.200 nodi e 170.000 barre in acciaio S 355 con sezioni per un massimo di 1016 mm ed un peso complessivo di 12.370 tonnellate di acciaio.

Il progetto

Sopra : Sopra : Sopra : Sopra : vista dall’alto del Ferrari World;

A sinistra : A sinistra : A sinistra : A sinistra : Sottostrutture - inner core (nucleo centrale), main structure (struttura principale) e outer princes (“pinze”);

A destra: A destra: A destra: A destra: realizzazione della struttura principale.

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Funzionalmente l'iperboloide al centro della struttura svolge il ruolo di fonte di luce naturale all'in-terno del complesso. Ciò però avrebbe comportato un sofisticato sistema di condizionamento e controllo solare per mantenere la temperatura costante nell'edificio intorno ai 25 gradi Celsius. A tal proposito sono stati utilizzati vetri "Ipasol neutral 48/27" per evitare l'eccessivo riscaldamento degli interni e garantire al tempo stesso trasparenza. Grazie al basso valore di trasmittanza, infatti, l'interno si riscalda solo in misura minore, anche durante la forte irradiazione solare tipica del luo-go, riducendo così la necessità di aria condizionata. Il valore U di 1,1 W / m² K (secondo la EN 673) promette anche nelle notti invernali più freddi un isolamento termico di circa 14 gradi.

Solo per la realizzazione dell'iperboloide, il cui diametro varia dai 20 a 100m, sono stati impiegati 4.025 giunti e 13346 barre. Il sistema Mero KK è stato il primo sistema modulare prefabbricato a consentire la realizzazione di strutture reticolari spaziali. I carichi sono applicati rigorosamente ai nodi e, in questa maniera, le aste, modellate come delle bielle ideali a sezione circolare, trasmettono esclusivamente carichi di compressione o trazione, ottimizzando così la resistenza ad instabilità flessionale.

Sopra: Sopra: Sopra: Sopra: Vista interna dell’iperboloide, che ha un diametro minimo di 20m e uno massimo di 100 m

SopraSopraSopraSopra: : : : Dettaglio del Giunto Mero KK

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I nodi sono sfere piene di acciaio ottenute per un procedimento di stampaggio a caldo ed hanno un diametro compreso tra 49,5mm e 350mm. All’estremità dei tubi sono saldati dei coni, che consentono il fissaggio alle sfere minimizzando le interferenze. L’asta è collegata al nodo sferico attraverso un bullone ad alta resistenza, che trasmette le forze di trazione; le forze di compressione vengono invece trasmesse mediante un dado esagonale spe-ciale che, tramite una spina trasversale, permette anche il serraggio del bullone. I carichi derivanti dal pacchetto di copertura ed eventuali carichi appesi dall'interno sono sempre applicati ai nodi. Le coperture tessili sono collegate direttamente ai nodi, mentre le coperture opa-che o vetrate hanno richiesto l'introduzione d un sistema di arcarecci che permettesse la redistribu-zione dei carichi ai nodi. Gli arcarecci sono collegati ai nodi della struttura reticolare spaziale mediante speciali elementi di connessione denominati "distanziatori". Per i calcoli strutturali statici, il team, facendo al software RSTAB 6.0 per la creazione della geome-tria e la determinazione delle forze e delle reazioni vincolari, ha preso in considerazioni ben 15 gruppi di 89 combinazioni di carico ciascuno.

Sopra: Sopra: Sopra: Sopra: Dettaglio - connessione del

pacchetto di copertura alla

struttura reticolare.

A fianco: A fianco: A fianco: A fianco: Appoggio strutturale.

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Bibliografia Atlante delle strutture reticolari, John Chilton, Utet, Milano, 2002; Masted Structures in Architecture, Di James Harris, Kevin Li, Taylor&Francis, 1996; Travature reticolari, prof. Claudio Valente, ROMATRE - UniRO; 2010 Ferrari World, http://www.ferrariworldabudhabi.com/ ; Mero Italiana, http://www.meroitaliana.it/ ;