Progettazione antisismica di scaffali

5/21/2018 Progettazione antisismica di scaffali

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La ro ettazione delleLa ro ettazione dellescaffalature in zona sismica:scaffalature in zona sismica:

criteri, prestazioni,criteri, prestazioni,scelte tecniche, collaudoscelte tecniche, collaudo

, ,Ing. Stefano Sesana

SCL Ingegneria Strutturale, Milano www.scl-ingegneria.it


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Le scaffalature resistono al sismaLe scaffalature resistono al sisma??



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Medolla



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Si studiano le scaffalature in zona sismica da anniSi studiano le scaffalature in zona sismica da anni

Blume & al.1974-1980 RMI dal 1964



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Si studiano le scaffalature in zona sismica da anniSi studiano le scaffalature in zona sismica da anni



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La normativa tecnica in Italia e EuropaLa normativa tecnica in Italia e Europa

UNI/TS 11379:2010Scaffalature metalliche

ACAI-CisiProgettazione sotto carichi sismicidelle scaffalature per lo stoccaggio

statico di pallet

Associazione Italiana Costruttori AcciaioSez. Scaffalature Industriali

FEM 10.2.08 v.1.04 May 2011

Recommendations for the design of

FEM Section X / ERFEuropean Racking Federation

conditions

FEM Section X / ERFEuropean Racking Federation

prSteel static storage systems

Principles for seismic design



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FEM Section X ERF (ACAI)2000-2010

Attivit di ricerca EuropeaACAI / Ecoleader

Ricerca EuropeaprFEM 10.2.08Ottobre 2008

FEM 10.2.08 - v. 1.04Maggio 2010

UNI/TS 11379:2010

UNI/TS 11379

Ricerca EuropeaSeisracks 2

rev s one(2015)(2015)



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La UNI/TS 11379La UNI/TS 11379 la traduzione della prFEM 10.2.08 draft Oct. 302008, adattata alla Normativa Italiana NTC-2008 nelle parti

sicurezza.

Le Norme tecniche esistenti trattano solo



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Le peculiarit delle scaffalatureLe peculiarit delle scaffalature

Cosa sono le scaffalatureCosa sono le scaffalature

e sca a ature sono un pro otto n ustr a e, n uso aanni nei diversi ambiti della logistica.

me o proge az one sono s a sv uppa acostruttori sulla base di studi e esperienze decennali,

formalizzazione nellambito delle Norme FEM (sviluppatedallIndustria con il supporto delle Universit e Istituti di

ricerca), e recentemente una ufficializzazione in ambitoCEN (Norme EN).



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Le caratteristiche dei carichiLe caratteristiche dei carichi Il peso proprio della struttura e il carico

permanente sono in genere trascurabili rispetto alcarico variabile (merce stoccata), salvo casi molto

particolari Il carico variabile costituito dalla merce stoccata

sui suoi supporti; concettualmente lunit di caricova v s a come una s ru ura n pen en esemplicemente appoggiata sullo scaffale



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Il sistema costruttivo e strutturaleIl sistema costruttivo e strutturale Le scaffalature sono realizzate in genere con profili sottili

formati a freddo, mettendo in atto disposizioni che ne

, ,

nelluso

piccolo diametro (M6-M10)

concepito principalmente per elevati carichi verticali; su questabase necessario unevoluzione del prodotto per fare fronte

alle azioni prodotte dal sisma



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Il sistema costruttivo e strutturaleIl sistema costruttivo e strutturale Strutturalmente li scaffali sono telai a nodi semiri idi con

nodi di modesta rigidezza rispetto a quelli delle strutturetradizionali in carpenteria. Nel piano trasversale, la rigidezza

a era e e e spa e ra cc a e n genere m nore que a

valutabile per via teorica considerando le propriet delle

sezioni er via dellelevata flessibilit a ta lio derivante daisistemi costruttivi di collegamento delle diagonali, che pu

essere determinata solamente mediante prove.

Ove richiesto, in direzione longitudinale, gli scaffali possono

essere controventati per resistere alle azioni orizzontali o

.



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Linterazione tra struttura e caricoLinterazione tra struttura e carico

Il grado di vincolo del carico variabile sulla struttura disupporto (scaffale) di semplice appoggio verticale

trattenute orizzontalmente solo dallattritoattrito, e possono

traslare rispetto alla loro posizione iniziale per effetto diazioni inerziali

La risposta strutturale dello scaffale quindi condizionatain campo dinamico anche dallinterazione con le unit dicarico; il grado di confinamento della merce sui supporti



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Comportamento dinamicoComportamento dinamico Data lelevata deformabilitdeformabilit laterale, la risposta dinamica

delle scaffalature caratterizzata da periodo dioscillazione elevati (1 s nella direzione delle spalletralicciate, 3-4 s nella direzione longitudinale non

,longitudinale).

,

influenzano in modo significativo la risposta in campostatico e dinamico



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Prestazioni e sicurezzaPrestazioni e sicurezza

Requisiti fondamentaliRequisiti fondamentali1) Prevenzione del collasso1) Prevenzione del collasso

allazione sismica senza presentare collassi locali o globali,

mantenendo la sua integrit strutturale ed una capacit resistenteres ua anc e opo even o s sm co.

Gli stati limite ultimi sono quelli associati al collasso o ad altre

delle persone.



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2) Limitazione del danno2) Limitazione del danno

a orma va non orn sce prescr z on r spe o a o s a o m edanno

Do o un evento sismico di entit su eriore a 0.5 a S rima dicontinuare ad utilizzare lattrezzatura lo scaffale dovr essereispezionato integralmente per verificare:

n egr e e a s ru ura;

il grado di danneggiamento eventualmente subito dagli elementi

Questa regola si applica per scaffali progettati secondo la Norma Leventuale s ostamento delle unit di carico stivate non deve essere

considerato un danno.



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3) Rischio di caduta dei pallet3) Rischio di caduta dei pallet

Lo scorrimento dei pallet sui correnti considerato nel calcolo didimensionamento sismico dello scaffale

G i e etti su a sicurezza e e persone c e operano in a iacenza

dello scaffale, delle merci e della struttura stessa dello scaffale

La caduta del pallet un evento che NON pu essere previsto in

sede di ro etto in uanto lentit de li s ostamenti NON

possono essere valutati a priori e in modo deterministico con imetodi e le conoscenze a disposizione.



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Definizione dellazione sismicaDefinizione dellazione sismica



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Livello di sicurezza definito da UNI/TS 11379Livello di sicurezza definito da UNI/TS 11379



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Livello di sicurezza definito da UNI/TS 11379Livello di sicurezza definito da UNI/TS 11379



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Livello di sicurezza definiti da FEM 10.2.08Livello di sicurezza definiti da FEM 10.2.08



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Modellazione dellazione sismicaModellazione dellazione sismica

Metodo di analisiMetodo di analisi Il metodo di analisi di riferimento lanalisi modale a spettro di

risposta (MRSA)

Lo spettro di risposta definito nellEC8 viene recepito attraversoi Documenti di Applicazione Nazionale

In Italia:

la zonazione e lazione sono quelle definite dallo spettro dir spos a e a -

laccelerazione di progetto definita dalla Classe duso (rif.UNI/TS 11379



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Normativa tecnica cogente

Sd(T,q)

Sd,mod

(T) = ED1

*ED3

*Sd(T;q) + E

D2

,

CEN-EN

d,mod D d D2 D2

KD = 1-PE,prod/PE*(1-ED1*ED3)

ED1*ED30.4



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La UNI/TS 11374 da sola non bastaLa UNI/TS 11374 da sola non basta

ED3=0.67 Verifica dei correnti

prFEM 10.2.08 Nov. 2008

e o ana s Stabilit delle merci sui correnti Interazione utilizzatore - fornitore

FEM 10.2.08v.1.04 Ma 2010

Modellazione delle masse Regolarit strutturale

Piastre di base e ancoraggi Disposizioni costruttive degli elementi di

rEN 16681 2015 Prove di scivolamento pallet-correnti Condizioni di progetto per la spalla Scaffali su im alcati Regole complementari per le altre

normative (EN 15635 e EN 15629)



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Il coefficiente EIl coefficiente E Il coefficiente EED1D1 tiene conto delleffetto della traslazione delle

unit di carico sui correnti.

Influenza la risposta sismica in termini riduzione dellordinatadello spettro di risposta

pen e a:

Intensit dellazione sismica [Se(T)]

Massa e flessibilit dello scaffale [T]

Attrito tra unit di carico e correnti [S]

ED1 = max [ 0.4 ; S/Se(T1) +0.2 ] 1.0



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Il coefficiente EIl coefficiente ED2D2 D2

rappresenta leffetto dellinterazione tra le unit di carico e la strutturadello scaffale.

Questo coefficiente influenza la risposta sismica in termini di massapartecipante e modificazione del periodo di vibrazione.



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IlIl coefficientecoefficiente EEDD33 raggruppa leffetto fenomeni e comportamenti

evidenziatisi in varie ricerche che contribuiscono a dissipare energia eridurre la sollecitazione sullo scaffale, come evidenziato da ricerchecondotte negli USA sin dagli anni 70 (John A Blume and Associates,

1973; Chen, Scholl, and Blume, 1980) e pi recentemente in Europa(ricerche Seisracks ed Ecoleader); ED3 un valore forfetario.

Il valore numerico del coefficiente E stato fissato nella FEM 10.2.08sulla base di considerazioni ingegneristiche e confronti empirici con

altre normative internazionali.



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Il coefficiente EIl coefficiente ED3D3 Alcuni fenomeni macroscopici osservabili sono:

- La flessioneflessione nelnel pianopiano orizzontaleorizzontale deidei correnticorrenti sotto le unit di carico, che simanifesta localmente in una rotazione relativa con dissi azione di ener ia ereffetto dellattrito, senza produrre quegli spostamenti macroscopici consideratidal coefficiente ED1.

- Lattrito che si manifesta er effetto dei iochi tra anci e fori nei connettoriiochi tra anci e fori nei connettoricorrente-montante, che tende ad aumentare al progressivo danneggiamentodegli stessi

- La rotazione attorno allasse verticale delle unit di caricorotazione attorno allasse verticale delle unit di carico che non roducetraslazioni ma dissipazione di energia per effetto dellattrito

- La flessione della piastra di base nel piano della spallaflessione della piastra di base nel piano della spalla, che normalmente nonviene considerata nel calcolo ed fonte di sovraresistenza strutturale.



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Principi di progettazionePrincipi di progettazione

La progettazione delle scaffalature industriali tradizionalirealizzate con rofili formati a freddo viene ese uita con i

criteri definiti dallEC8 per strutture poco dissipative. I meccanismi di dissipazione non risiedono nella

plasticizzazione delle membrature realizzate con profiliformati a freddo, ma:

nei co egamenti ove si svi uppano gioc i, attriti, ri o amentiche sono fonte della modesta dissipazione di energiaconsiderata attraverso il coefficiente di struttura q=1.5

nellinterazione tra la massa e la struttura, considerataattraverso i coefficienti di modificazione dello spettro



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Regole di progettazione per scaffalature poco dissipativeRegole di progettazione per scaffalature poco dissipative

EN15512 (+ EC3 Parte 1-3)

2) La resistenza delle membrature e dei collegamenti valutata inaccordo con le regole della Norma EN 15512 (+ EC3 Parte 1-3)

3) I bulloni dovranno essere serrati con serraggio stretto (snugg e ovranno ncorporare un s s ema an sv amen o es.

dadi flangiati zigrinati, inserti antisvitamento)

.

(ma minore o uguale a 2) se gli elementi che resistono incompressione allazione del sisma sono di classe 1-2-3

se ue



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Regole di progettazione per scaffalature poco dissipativeRegole di progettazione per scaffalature poco dissipative

, ,

(tipici delle configurazioni delle spalle) se

i. si assume il coefficiente di struttura q=1.5

ii. le diagonali e i loro collegamenti sono dimensionati per 1.5volte lazione di calcolo

6) Nei collegamenti bullonati la resistenza a taglio del bullone Fv,Rddeve risultare maggiore o uguale a 1.20 volte la resistenza a

,

Fv,Rd / Fb,Rd 1.20



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Analisi e calcolo strutturaleAnalisi e calcolo strutturale

Limitazione del carico criticoLimitazione del carico critico Nei casi in cui I agR S 0.1g il carico critico euleriano

dello scaffale Pcr,E deve risultare almeno doppio rispetto al

E

PE/ Pcr,E 0.5



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Effetti del 2Effetti del 2 ordineordine

Il controllo degli effetti del 2 ordine si basa sulladefinizione del parametro di sensitivit , che pu essere

Metodo dei tagli al piano

i= E,i r,i E,i i = max[i]

Valutazione del carico critico cr,



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Effetti del 2Effetti del 2 ordine per strutture pocoordine per strutture poco



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Metodo dianalisi

0.1 > 0.1

2 ordine(geometricamente non lineare)

oppure

1 ordine + (1/1-)

MRSA [KI]

[KI]+[KG]

oppure

Lamplificazione 1/(1-) per strutture poco dissipative porta a risultati

[KI] + (1/1-)

.metodi di amplificazione diretta, quali analisi statica geometricamentenonlineare o analisi modale con effetti del 2 ordine



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Progettazione degli elementiProgettazione degli elementi

La spalla pu essere analizzata singolarmente

Progettazione della spallaProgettazione della spalla

come sottostruttura staticamente indipendente,quando non parte del sistema di controventoverticale

La verifica della spalla una verifica locale

Nel piano della spalla leccentricit verticale

. Condizioni di carico da considerare:

Scaffale carico al 100%

So o ive o superiore caricato

Scaffale carico con peso delle unit di caricopari a 2/3 del peso di progetto



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Progettazione della spallaProgettazione della spalla

La disposizione degli elementi dellatralicciatura della spalla pu produrretorsione nel montante.

Nel caso di sistemi in cui le linee dasse degli

elementi strutturali non iacciono nel ianodella spalla, leffetto della torsione indotta nelmontante dovr essere considerataes licitamente

necessario determinare rigidezza eresistenza sperimentalmente



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omportamento e connettoreomportamento e connettore

connettore acquista looseness

Il singolo ciclo di carico inviluppa i cicli di carico



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ontroventamento ongitu ina eontroventamento ongitu ina e



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Sistema di collegamento alSistema di collegamento al controventocontroventoIl sistema deve essere efficace a trasferire lazione senza indurre

effetti secondari non controllati di sollecitazione e deformabilit



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La verifica del corrente una verifica locale

Progettazione dei correntiProgettazione dei correnti portapalletportapallet

Lazione di progetto derivata dallanalisi globale in termini diaccelerazione o di azione interna negli elementi fittizi del modello

Lazione orizzontale di progetto limitata dallaresistenza allo scorrimento prodotta dallattrito

Lattrito produce un effetto diaframma che pu

QP,max

ridurre la flessione dei correnti nel pianoorizzontale

H

E necessario considerare le possibili distribuzioni

delle unit di carico sui correnti

V

b



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Scelte tecniche e collaudoScelte tecniche e collaudo

La flessibilit dello scaffale una risorsa che vasfruttata in modo oculato senza abusarne

La conoscenza del comportamento strutturale edelle prestazioni degli elementi indispensabileper poter garantire i livelli di sicurezza attesi;per questo necessaria una sperimentazione

ee

E necessario far evolvere il prodotto scaffaledutto

dutto

superan o a cune so uz on stor camente

implementate ma non sicure in presenza diIlp

ro

Ilp

ro

.spalle, diametro dei bulloni )



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Gli schemi strutturali e i particolari costruttividevono essere studiati er ridurre er uanto

possibile le eccentricit e consentire il correttotrasferimento delle sollecitazioni tra sistemistrutturali diversi in modo chiaro e senza azioniparassite che non vengono considerate nella

e

e

il collegamento ai controventi verticalidutto

dutto

la torsione nel montante

il collegamento dei controventi orizzontali e ilIlp

ro

Ilp

ro

relativo percorso delle azioni


S l i h ll dS l i h ll d


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oo

scaffale: le condizioni di ancoraggio allapavimentazione giocano un ruolo decisivo sullaonto

r

onto

r

.staticamente adeguata e il sistema di ancoraggiodeve garantire in ogni posizione il trasferimento

n

ial

n

ialcc

z .

I progettisti dello scaffale e della pavimentazionendizio

ndizio

Le caratteristiche delledificio ospitante devonoLe

co

Le

co

interazioni con gli scaffali


S lt t i h ll dS lt t i h ll d


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La progettazione logistica e funzionale delma azzino deve tenere conto dei re uisiti

antisimici: Identificazione del eso di ro etto sismico e dele

rale

erale

peso massimo delle unit di carico

Identificazione del grado di riempimento medioa

gen

a

gen

attraverso ana s e uss

Adeguata distanza tra gli scaffali e tra scaffale eg

ettis

gettis

delledificio)

Ilp

ro

Ilp

ro

essere studiato insieme al layout degli scaffali




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Esistenza di adeguata sperimentazione per laprogettazione strutturale dei componenti e deid

ator

dator

sistemi Considerate correttamente tutte le condizioni dic

olla

u

colla

u

carico

Valutare la corrispondenza tra schemi di calcolo eper

il

per

il

sistemi costruttivi

Valutare che il sistema di trasferimento delle azionicritici

critici

avvenga in modo staticamente corretto e non vi

siano effetti secondari parassiti necessari per

Punti

Punti

,essere adeguatamente considerati




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Scelta di idonei sistemi di ancoraggiodator

dator

Corretta messa in opera degli scaffali c

olla

u

colla

u

giunti sismici

per

il

per

il

ancoraggio alla pavimentazione

critici

critici

Distanza dei tasselli dai giunti e dai tagli a pavimentoPunti

Punti

Accertarsi e i oneit e a pavimentazione


L S ifiL S ifi


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La SpecificaLa Specifica

La FEM 10.2.08 e la prEN

16681 forniscono una

utilizzatore e fornitore

devono scambiarsi




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Progettazione antisismica di scaffali