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Relazione sismica e di calcolo x Acireale rev 03 Relazione sismica e... · RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 9 di 51 totali Acciaio da cemento armato Per le armature delle strutture

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Progetto definitivo

RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 1 di 51 totali

INDICE

1 Premessa......................................................................................................................................................... 3

1.1 Localizzazione. ...................................................................................................................................... 4

1.2 Destinazione........................................................................................................................................... 4

1.3 Tipologia. ...............................................................................................................................................4

1.4 Dimensioni principali............................................................................................................................. 4

1.5 Caratteristiche del sito............................................................................................................................ 4

1.6 Altitudine ...............................................................................................................................................5

1.7 Distanza dal mare................................................................................................................................... 5

1.8 Interferenze con il territorio circostante. ................................................................................................ 5

1.9 Interferenze con costruzioni esistenti. .................................................................................................... 5

1.10 Principali caratteristiche geotecniche del terreno di fondazione. ........................................................... 5

2 NORMATIVE DI RIFERIMENTO........................... ............................Errore. Il segnalibro non è definito.

3 SCHEMATIZZAZIONE E MODELLAZIONE DELLA STRUTTURA .... ....Errore. Il segnalibro non è

definito.

3.1 Schematizzazione................................................................................................................................. 10

3.2 Modellazione........................................................................................................................................ 11

4 Azioni di progetto ........................................................................................................................................ 13

4.1 Azioni permanenti strutturali ............................................................................................................... 14

4.2 Azioni permanenti non strutturali ........................................................................................................ 15

4.3 Azioni variabili .................................................................................................................................... 15

4.4 Azione del vento. ................................................................................................................................. 16

4.5 Azione della neve................................................................................................................................. 17

4.6 Azione della temperatura. .................................................................................................................... 18

4.7 Azioni accidentali................................................................................................................................. 19

4.8 Azioni di degrado relative all’aggressività dell’ambiente.................................................................... 19

4.9 Analisi dei carichi ................................................................................................................................ 19

4.9.1 Carichi dovuti alla presenza dei solai ........................................................................................ 19

4.9.2 Carichi dovuti alla presenza dei tompagni................................................................................. 22

4.9.3 Carichi dovuti alla presenza delle scale..................................................................................... 22

4.9.4 Spinta del terreno ....................................................................................................................... 22

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RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 2 di 51 totali

4.9.5 Azione dovuta alla presenza dell’ascensore............................................................................... 23

4.10 AZIONE SISMICA.............................................................................................................................. 23

4.10.1 Vita nominale.............................................................................................................................. 24

4.10.2 Classe d’uso................................................................................................................................ 24

4.10.3 Periodo di riferimento per l’azione sismica ............................................................................... 24

4.10.4 Determinazione dell’azione sismica ........................................................................................... 24

4.10.5 Combinazione dell’azione sismica con le altre azioni................................................................ 28

4.10.6 Parametri adottati nella determinazione dell’azione sismica .................................................... 29 4.10.6.1 Spettro in accordo con TU 2008..............................................................................................................29

4.10.7 Metodo di analisi ........................................................................................................................ 31

5 Rappresentazione grafica dei risultati ....................................................................................................... 32

5.1 Carichi applicati ................................................................................................................................... 33

5.2 Inviluppo dei digrammi delle sollecitazioni ......................................................................................... 36

5.3 Deformate............................................................................................................................................. 46

6 CARATTERISTICHE E MODELLAZIONE DEI MATERIALI. ...... ...................................................50

7 VERIFICHE EFFETTUATE. .................................................................................................................... 50

8 PARTI STRUTTURALI SECONDARIE.................................................................................................. 51

9 STRUTTURE DEGLI IMPIANTI............................................................................................................. 51

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1 Premessa

L’Amministrazione comunale di Acireale ha inteso realizzare, con il presente progetto, la

riqualificazione della Villa Belvedere prevedendo una serie di opere che riguardano sia il giardino,

che gli edifici annessi. Di questi si prevedono opere di ristrutturazione per il “Caffè Eden”, ed

opere di demolizione e ricostruzione per il fatiscente edificio Angolo di Paradiso.

Oggetto della presente non è la descrizione dell’opera nel suo complesso (si veda la

Relazione tecnica illustrativa allegata), bensì la descrizione di tutte le caratteristiche e di tutte le

implicazioni strutturali connesse all’intervento in oggetto.

La costruzione in oggetto presenta una struttura in calcestruzzo armato, tipologia costruttiva

definita in fase di progettazione architettonica. Presenta una distribuzione planimetrica ampia a

formare una C, con un’estensione altimetrica massima di due piani fuori terra (un piano terra e un

piano sopraelevato). Al di sotto del livello del terreno esiste un solo piano interrato che tuttavia non

interessa tutto il corpo planimetrico.

La struttura è costituita da travi e pilastri in c.a., le fondazioni di tipo superficiale diretto sono

costituite da travi a T rovesce, che definiscono un reticolato di travi, e da piastre per i piani

interrati, appositamente progettate per assorbire i carichi delle strutture che vi insistono (pilastri e

pareti verticali). Le travi di fondazione hanno una dimensione costante pari a 110 di larghezza per

100 di altezza, con spessore dell’ala pari a 40 cm, e spessore dell’anima centrale pari a 55 cm, le

piastre in fondazione presentano uno spessore costante di 50 cm.

Le pareti perimetrali in c.a. che si trovano nei piani interrati hanno uno spessore di 30 cm,

così come le pareti che definiscono il nucleo dell’ascensore e di confinamento della scala

(anch’essa in c.a.).

I pilastri presentano sezioni variabili con larghezza minima di 30 cm in funzione della

posizione, delle condizioni strutturali che architettoniche.

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I solai sono previsti sia in prefabbricati, che gettati in opera. Tale scelta è stata dettata dalla

forte irregolarità della distribuzione planimetrica, dalle luci e dai diversi carichi rilevanti.

1.1 Localizzazione.

L’edificio è ubicato nel Comune di Acireale.

Le coordinate geografiche del sito sono:

Lat.: 37,61 00 00°

Long.: 15,16 90 00°

1.2 Destinazione.

L’edificio in oggetto è destinato ad avere funzioni polivalenti, presentando ampi spazi interni

ed esterni che possono essere adoperati dall’Amministrazione per molteplici attività.

1.3 Tipologia.

Per quanto riguarda la tipologia della struttura, questa sarà in c.a. armato gettato in opera,

completata con orizzontamenti sia prefabbricati che gettati in opera.

1.4 Dimensioni principali.

Per quanto riguarda le dimensioni principali della struttura si fa riferimento agli elaborati

architettonici.

1.5 Caratteristiche del sito.

Le caratteristiche morfologiche, geologiche, idrologiche ed idrogeologiche del sito sono

riportate in modo esplicito ed approfondito nella relazione geologica.

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1.6 Altitudine

Quota sul livello del mare e di circa 170 m

1.7 Distanza dal mare

Distanza dal mare è inferiore a 1 km

1.8 Interferenze con il territorio circostante.

La struttura non presenta particolari interferenze con il territorio circostante. Essa è vicina

alla viabilità cittadina a tergo della villa.

Gli scavi con le profondità maggiori ad ogni modo sono previsti lontano dalla viabilità stessa.

1.9 Interferenze con costruzioni esistenti.

Non si riscontrano interferenze con costruzioni esistenti.

1.10 Principali caratteristiche geotecniche del terreno di fondazione.

In merito alle caratteristiche geotecniche del terreno di fondazione ci si riferisce alla

relazione geotecnica, nella quale è possibile individuare la caratterizzazione dei terreni sia per

quanto riguarda la resistenza sia per il comportamento sismico.

2 Normative di riferimento

Le fasi di analisi e verifica della struttura sono state condotte in accordo alle seguenti

disposizioni, per quanto applicabili in relazione al criterio di calcolo utilizzato nel prosieguo della

presente relazione.

Il presente documento è stato redatto in conformità e nel rispetto delle normative vigenti:

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RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 6 di 51 totali

• UNI EN 1992 – 1 – 1 “ Progettazione delle strutture in c.a.”

• UNI EN 206 – 1 “Calcestruzzo, specificazione, prestazione, produzione e conformità”

• UNI 11104 “Istruzioni complementari per l’applicazione della EN 206 – 1”

• UNI 8520 Parti 1 e 2 “Aggregati per il calcestruzzo – Istruzioni complementari per

l’applicazione in Italia della norma UNI – EN 12620 – requisiti”

• UNI 7122 “Calcestruzzo fresco. Determinazione della quantità d’acqua d’impasto essudata”

• EN 10080:2005 “Acciaio per cemento armato”

• UNI EN ISO 15630 – 1/2 “Acciai per cemento armato: Metodi di prova”

• EN 13670:2008 “ Excution of concrete structures”

• D.M. 14 gennaio 2008 – “Nuove norme tecniche sulle costruzioni”.

• Circolare 2 febbraio 2009, n. 617 “Istruzioni per l'applicazione delle «Nuove norme tecniche

per le costruzioni» di cui al decreto ministeriale 14 gennaio 2008. (GU n. 47 del 26-2-2009 -

Suppl. Ordinario n.27)”.

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3 Relazione sui materiali

3.1 Calcestruzzo

Il calcestruzzo, secondo quanto previsto dalle Norme tecniche vigenti, deve essere prodotto

da impianti dotati di un sistema di controllo permanente della produzione, certificato da un

organismo terzo indipendente e riconosciuto.

È compito del DL accertarsi che i documenti di trasporto indichino gli estremi della

certificazione. Nel caso in cui il calcestruzzo sia prodotto in cantiere occorre che, sotto la

sorveglianza del DL, vengano prequalificate le miscele da parte di un laboratorio ufficiale (di cui

all’art. 59 del DPR 380/2001). Sul calcestruzzo sarà effettuato un controllo di accettazione secondo

quanto previsto nel capitolo 11 delle NTC 2008.

Per la realizzazione delle strutture in esame è previsto l'impiego di calcestruzzo classe

C32/40 (400 daN/cm2). Questo dato è conforme a quanto indicato nella norma UNI 11104:2004 e

UNI EN 206:2006 “Classi di esposizione per calcestruzzo strutturale in funzione delle condizioni

ambientali per le diverse classi di esposizione”, infatti le suddette norme prescrivono:

• per elementi in realizzati in calcestruzzo armato ordinario o precompresso con

elementi strutturali sulle coste o in prossimità esposti alla corrosione della salsedine

marina, ma non direttamente in contatto con l’acqua di mare (classe XS1), di

utilizzare in calcestruzzo con classe non minore della C32/40 e rapporto

acqua/cemento massimo pari a 0.5;

• per elementi in realizzati in calcestruzzo armato ordinario o precompresso

prevalentemente immerse in acqua o terreno non aggressivo, parti di strutture di

contenimento di liquidi e fondazioni (classe XC2), di utilizzare in calcestruzzo con

classe non minore della C25/30 e rapporto acqua/cemento massimo pari a 0.6;

Il rapporto acqua-cemento sarà non maggiore di 0,5 e la quantità degli inerti sarà valutata in

base alla nota curva del Fuller.

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Per la corretta esecuzione in opera del conglomerato si provvederà mediante idonea

costipazione e per quanto riguarda la stagionatura, allo scopo di evitare le conseguenze del ritiro,

saranno assicurate successive annaffiature.

Le armature dovranno essere disposte prevedendo un copriferro (distanza tra la superficie

dell’armatura resistente e la faccia esterna del conglomerato) non minore di 4.5 cm per gli elementi

monodimensionali (travi e pilastri) e 4.0 cm per le piastre; infatti, in accordo con le norme UNI EN

1992 – 1 – 1, per le strutture di classe strutturale S4 di classe di esposizione XS1 occorre prevedere

un copriferro cmin = 35 mm per gli elementi monodimensionali e cmin = 30 mm per le piastre; a tali

valori va sommata un’aliquota legata alle tolleranze di esecuzione. A tale valore va aggiunta

un’ulteriore quantità legata alle tolleranze di esecuzione; nel caso in esame si considera una

tolleranza di 5 mm.

La classe di consistenza rappresenta un indice di della lavorabilità del calcestruzzo; nel caso

in esame si prescrive una classe di consistenza S5 per il getto con pompaggio del calcestruzzo e S4

per getti effettuati direttamente dalla canala dell’ autobetoniera. Per tale classe di consistenza

dev’essere accertato che gli abbassamenti del cono di Abrams siano superiori a 210 mm; per

evitare calcestruzzi troppo fluidi, ad alto rischio di segregazione, si prescrive un limite superiore di

250 mm. Nel caso in cui, per motivi legati all’operatività, venga richiesto di utilizzare una classe di

consistenza diversa da quella prescritta, può venire autorizzata dalla DL e annotata sull’apposito

registro di cantiere, adducendo le motivazioni della variazione.

Il mantenimento della classe di consistenza deve essere garantito per un tempo di almeno due

ore alla fine del carico dell’autobetoniera e comunque non meno di un’ora dall’arrivo in cantiere,

tempo, in cui l’impresa deve completare lo scarico. Il fornitore di calcestruzzo e l’impresa devono

programmare il getto in modo che il produttore cadenzi le consegne per dare il tempo necessario

all’impresa per poter mettere in opera il materiale.

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Acciaio da cemento armato

Per le armature delle strutture in c.a. è previsto l'impiego di acciaio B450C controllato in

stabilimento, sotto forma di barre ad aderenza migliorata, aventi le caratteristiche meccaniche e

tecnologiche richieste dalla normativa; i requisiti richiesti sono riportati nelle seguenti tabelle.

Per la corretta esecuzione in opera del conglomerato cementizio si provvederà mediante

idonea costipazione e per quanto riguarda la stagionatura, allo scopo di evitare le conseguenze del

ritiro, saranno assicurate successive annaffiature.

Tabella I. Caratteristiche e requisiti barre di acciaio B450C

I valori di progetto sono stati determinati secondo le prescrizioni della vigente normativa e

sono riportati nei calcoli allegati.

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4 Schematizzazione e modellazione strutturale

4.1 Schematizzazione

Avendo il complesso edilizio una disposizione planimetrica molto ampia, con numerose

dissimmetrie sia in pianta che in elevazione, ha suggerito, lo scrivente a dividerlo in diversi corpi

di fabbrica indipendenti dal punto di vista strutturale ma non funzionale. La suddivisione ha

risposto ai criteri di minimizzare gli effetti sismici negativi prodotti dalle dissimmetrie strutturali

sia in elevazione che planimetriche, cercando di minimizzare la frammentare del complesso.

La suddivisione in corpi di fabbrica effettuata è riportata di seguito nella Figura 1.

via Aquil i a Nuova

A TR IO

A UL A M U SI CA 2

W CU

B ARGuard aroba/

D ep osito

B AR

A UL A M U SICA 1

A UL A

- 1. 00

- 1. 40

- 5. 10

- 2. 00

A UL A M U SI CA 3

W CH

U FFI CIO

- 3.00

-2. 00

A U D I T ORIUM

- 1. 40

u sc it a sic

1 40 p osti

- 0.90

sca la d i se rv izio

-2. 00

-2. 70

W C

D

sup 2 5,4

sup 25,4

sup 2 8,9

0 .00

- 2. 00

- 1. 00

-3. 00

-1. 40

- 1.40

- 1.40

- 1. 40

A

C

W CD

W CU

W CH

W CU

W CD

W CD -H

h 3 ,50

h 3 ,00

h 3 ,00

h 4 ,00

h 4 ,00 h 3 ,50

h 5 ,00

0 .00

- 3.00

- 4. 00

- 3. 00

h 3 ,00

h 3 ,00

h 3 ,50

h 3 ,50

Spogl . e

ser vi zi per sonaleh 3 ,00h 3 ,00

C orpo 1

C orpo 2

C orpo 3

C orpo 4

C orpo 5

C orpo 6

Figura 1. Suddivisione dell’edificio in corpi di fabbrica indipendenti

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4.2 Modellazione

Le strutture sono state modellate attraverso una schematizzazione spaziale dell’edificio e

l’analisi è stata effettuata con l’ausilio di un software di calcolo automatico (l’origine e

l’affidabilità dei codici utilizzati sono riportati nei calcoli allegati) che opera con il metodo degli

elementi finiti (FEM). Il modello è costituito da elementi finiti monodimensionali di tipo beam per

la schematizzazione di travi e pilastri, e di tipo shell per la schematizzazione degli elementi

bidimensionali, quali pareti e scale. Le fondazioni sono di tipo superficiale a travi rovesce di

sezione a T capovolta e sono state disposte secondo una maglia reticolare che unisce tutte le

strutture in elevazione; tali elementi sono stati modellati come elementi finiti monodimensionali di

tipo beam su suolo alla Winkler. Per i piani interrati le fondazioni sono di tipo superficiale a

piastra; tali elementi sono stati modellati con elementi finiti a quattro nodi di tipo shell su suolo alla

Winkler. I carichi trasmessi dai solai sono rappresentati attraverso delle superfici di carico che

possono trasmettere le azioni secondo un’orditura monodirezionale o bidirezionale in funzione del

tipo solaio adottato.

Le verifiche sono state condotte attraverso un’analisi strutturale elastica lineare; in particolare

per la valutazione delle sollecitazioni sono stati considerati il valore medio del modulo elastico del

calcestruzzo e il sezioni di solo calcestruzzo interamente reagenti, mentre per la valutazione degli

effetti del ritiro e delle distorsioni termiche è stata considerata una rigidezza pari alla metà di quella

delle sezioni interamente reagenti in accordo con quanto specificato al § 4.1.1.1 delle NTC 2008.

La valutazione degli effetti dinamici dovuti al sisma è stata effettuata attraverso l’analisi

dinamica modale secondo quanto prescritto dalla normativa vigente e di seguito esplicato. Poiché i

solai possono essere considerati infinitamente rigidi nel proprio piano, l’analisi è stata condotta

considerando gli impalcati rigidi e considerando il sistema a masse concentrate; così facendo è

stato possibile ridurre i gradi di libertà dinamici della struttura a soli 3 per piano riducendo

drasticamente l’onere computazionale. Per ciò che riguarda le strutture completamente interrate

costituite da pareti in c.a. continue su tutto il perimetro, si è assunto che queste possano essere

considerate come una scatola rigida solidale al terreno di fondazione e soggetta alla sola spinta del

terreno.

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RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 12 di 51 totali

Per brevità, nel seguito sono riportate delle figure in cui è rappresentato il modello strutturale

con riferimento al corpo 1.

299292284

10961088

10831079

1076

3006009001200

1500

18411851

10991091

10861081

1080

10781077

183918371836

1835183418331750

1553

1363136213611360

1311131013091308

1307130613051304

130313021301

12991298

1297

1296

1295

1294

1293

1292

1291

1290

1289

1288

1287

12861285 12451244124312421202120111991198

11971196119511941154115311521151

1147114511441143114111401105

1104

1103

1102

1101

1098

10971095

1094

1093

10921090

1089

10871085

10841082

1074107310721071

1031103010291028

1027102610251024

1840

1842

1843

1844 1845

1846

18471848 18491852 18541855

185618571858

18591860

18611862

18671868 1869

187018711872

187318741875 1876

1877 18781880

1023102210211020

891 890 889 888739 738 737 736

608 607 606 605

903 902 898 8971694169216891685

168216791673

167116681665 1696

169316901686

168316801675

773772

770768

765

771769 767

766764

762761759758 757

756755

753752 750749 748745744 741

616619620672

1075

1863

278

1273

1265

1150

1648

16221699

847

16451646

16401641

1642

1644

16471649

12711270126912671266

15581557

15561555

1554

1149

12741272

1268

11481146

11421139

848849

850851

852853

844

763754

841837

834830

747743740

1484

450

312

585

578575

574

572571

569

568564

563559558

557

556

554550

546545

544

542541

537533

529

523521

520519

513511

507

493491

489488

484482

479

459

458

456

453452

451

437436

435

434

433432

429428

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885886

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636

633

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611

612

613

614617

622623

624

625626627

628631

635639

647650

654 656

657

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662666

668669

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684688

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732

715

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713714

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615618

691

721718

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696695

1812

1765

1611

1763

1793

1881

1882

1932

1931

x

y

z

Figura 2. Modello strutturale: schema unifilare

Page 14: Relazione sismica e di calcolo x Acireale rev 03 Relazione sismica e... · RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 9 di 51 totali Acciaio da cemento armato Per le armature delle strutture

Rev. Data 00

Progetto definitivo

RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 13 di 51 totali

Figura 3. Modello strutturale: visualizzazione solida

5 Azioni di progetto

Per il dimensionamento e la verifica degli elementi strutturali sono state considerate le

seguenti azioni:

G1 : Azioni permanenti strutturali

G2 : Azioni permanenti non strutturali

Qj : Azioni variabili

Page 15: Relazione sismica e di calcolo x Acireale rev 03 Relazione sismica e... · RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 9 di 51 totali Acciaio da cemento armato Per le armature delle strutture

Rev. Data 00

Progetto definitivo

RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 14 di 51 totali

Le azioni di progetto sono determinate e combinate come prescritto nel D.M. del 14 gennaio

2008. In particolare sono state valutate le seguenti combinazioni:

• Combinazione fondamentale, generalmente impiegata per gli stati limite ultimi (SLU):

γG1⋅G1 + γG2⋅G2 + γP⋅P + γQ1⋅Qk1 + γQ2⋅ψ02⋅Qk2 + γQ3⋅ψ03⋅Qk3 + …

• Combinazione caratteristica (rara), generalmente impiegata per gli stati limite di esercizio

(SLE) irreversibili

G1 + G2 + P + Qk1 + ψ02⋅Qk2 + ψ03⋅Qk3+ …

• Combinazione frequente, generalmente impiegata per gli stati limite di esercizio (SLE)

reversibili:

G1 + G2 +P+ ψ11⋅Qk1 + ψ22⋅Qk2 + ψ23⋅Qk3 + …

• Combinazione quasi permanente (SLE), generalmente impiegata per gli effetti a lungo

termine:

G1 + G2 + P + ψ21⋅Qk1 + ψ22⋅Qk2 + ψ23⋅Qk3 + …

5.1 Azioni permanenti strutturali

Le azioni permanenti strutturali sono dovute al peso proprio degli elementi strutturali; ogni

elemento in c.a. presenta un peso proprio calcolato automaticamente dal programma di calcolo ed

attribuito agli elementi stessi considerando un peso dell’unità di volume pari a 2500 daN/m3.

Per ciò che concerne il peso dei solai schematizzati implicitamente con aree di carico che

ripartiscono le azioni sugli elementi cui sono connessi, il calcolo è stato effettuato esplicitamente

con riferimento al caso specifico ed è riportato di seguito nell’analisi dei carichi.

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Progetto definitivo

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5.2 Azioni permanenti non strutturali

Sono costituite dal paso proprio degli elementi non strutturali; il calcolo è stato effettuato

esplicitamente con riferimento al caso specifico ed è riportato di seguito nell’analisi dei carichi.

5.3 Azioni variabili

Le azioni variabili considerate nel calcolo sono state determinate con riferimento alla Tabella

3.1.II delle NTC 2008 e di seguito riportata.

• Cat. C1 : Ambienti suscettibili di affollamento q = 300daN/m2

• Cat. H2 : Coperture praticabili q = 300daN/m2

• Cat. H1 : Coperture e sottotetti accessibili per sola manutenzione q = 50daN/m2

• Cat. C2 : Balconi, ballatoi e scale comuni, sale convegni, cinema, teatri, chiese, tribune con

posti fissi q = 400daN/m2

• Azione variabile dovuta alla neve

• Azione variabile dovuta alla temperatura

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5.4 Azione del vento.

La struttura è interrata quasi totalmente e l’altezza della parte fuori terra è limitata. Pertanto

tale azione è trascurata. Essa sarà tenuta in considerazione, nella fase esecutiva, solo per il

dimensionamento della struttura di sostegno dei pannelli solari.

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5.5 Azione della neve.

Il carico provocato dalla neve sulle coperture è valutato mediante la seguente espressione:

tEskis CCqq ⋅⋅⋅µ=

dove:

• qs è il carico neve sulla copertura;

• μi è il coefficiente di forma della copertura;

• qsk è il valore caratteristico di riferimento del carico neve al suolo [kN/m2] per un periodo di

ritorno di 50 anni;

• CE è il coefficiente di esposizione;

• Ct è il coefficiente termico.

Si ipotizza che il carico agisca in direzione verticale e lo si riferisce alla proiezione

orizzontale della superficie della copertura.

Il carico neve al suolo dipende dalle condizioni locali di clima e di esposizione, considerata

la variabilità delle precipitazioni nevose da zona a zona. L’altitudine di riferimento as è la quota del

suolo sul livello del mare nel sito di realizzazione dell’edificio.

Nel caso in esame il valore caratteristico di riferimento viene calcolato considerando:

• zona: III

• as = 170 mslm

pertanto

qsk = 60 daN/m2

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Nonostante sia possibile che siano presenti alberi in prossimità di alcune parti dell’edificio, il

coefficiente di esposizione è stato valutato considerando una classe topografica “normale” per cui

il coefficiente di esposizione è stato assunto pari a:

CE = 1

Per la determinazione del coefficiente termico non stati effettuati studi particolare pertanto

Ct = 1

Le coperture degli edifici in questione sono di tipo piano pertanto essendo l’inclinazione pari

a 0° si assume

µi = 0.8

5.6 Azione della temperatura

La struttura presenta complessivamente sia elementi interrati che fuori terra. Non sono

presenti fonti di generazione di calore particolari. Inoltre la temperatura non costituisce un’azione

fondamentale per la sicurezza e per l’efficienza funzionale delle strutture, pertanto si è tenuto conto

della sola componete ∆Tu, così come previsto al § 3.5.5 delle N.T.C. del 2008. Si assumono

pertanto le seguenti escursioni termine per i diversi elementi così come indicato nella normativa di

riferimento:

• strutture in c.a. esposte ± 15 °

• strutture in c.a. protette ± 10 °

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Nel caso in esame, poiché intercorre una relazione lineare fra le distorsioni termiche e il

modulo di Young, anziché dimezzare le rigidezze degli elementi per la valutazione degli effetti

termici si è proceduto in maniera equivalente considerando una variazione di temperatura pari alla

metà di quella prescritta.

5.7 Azioni accidentali

• Incendio

Per la struttura in esame si ritiene che non vi sia la necessità di garantire un tempo di

soccorso più elevato di quello normalmente riscontrabile per le strutture in c.a di copriferro pari a 3

cm.

• Esplosioni

Dall’analisi del luogo in cui l’edificio è ubicato e dall’utilizzo previsto dalla committenza per

la struttura, si ritiene improbabile la possibilità che la struttura sia esposta ad esplosioni di alcun

tipo.

• Urti

Non essendo la struttura prospiciente a viabilità non si prevedono urti rilevanti con veicoli.

5.8 Azioni di degrado relative all’aggressività dell’ambiente

Non si verificano particolari problemi di aggressione nel sito in questione. L’ambiente in

questione è pertanto definito di aggressione ordinaria. Si assume un copriferro degli elementi in

c.a. di 3 cm.

5.9 Analisi dei carichi

5.9.1 Carichi dovuti alla presenza dei solai

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Solai di piano 18+5 peso proprio 300 daN/m2 carico permanente massetto s[cm] 5 q = 90 daN/m2 malta di allettamento s[cm] 1 q = 21 daN/m2 pavimentazione s[cm] 1 q = 25 daN/m2 tramezzi q = 80 daN/m2 Sommano 216 daN/m2 carico Variabile 300 daN/m2 Cat. C1 Solai di copertura praticabile 16+5 peso proprio 285 daN/m2 carico permanente massetto s[cm] 10 q = 180 daN/m2 impermeabilizzante q = 4.5 daN/m2 pavimentazione s[cm] 1 q = 25 daN/m2 tramezzi q = 80 daN/m2 Sommano 289.5 daN/m2 carico variabile 300 daN/m2 Cat. H2

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carico da neve q = 48 daN/m2 as : 170 mslm Zona III CE 1 Ct 1 presenza di barriere α1: 0 ° α2: 0 ° Solaio di copertura non praticabile 16+5 peso proprio 285 daN/m2 carico permanente massetto s[cm] 10 q = 180 daN/m2 impermeabilizzante q = 4.5 daN/m2 pavimentazione s[cm] 1 q = 25 daN/m2 tramezzi q = 80 daN/m2 Sommano 289.5 daN/m2 carico variabile 50 daN/m2 Cat. H1 carico da neve q = 48 daN/m2 as : 170 mslm Zona III CE 1 Ct 1 presenza di barriere a1: 0 ° a2: 0 ° Pavimentazione piano interrato carico permanente

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massetto s[cm] 5 q = 90 daN/m2 malta di allettamento s[cm] 1 q = 21 daN/m2 pavimentazione s[cm] 1 q = 25 daN/m2 Sommano 136 daN/m2

5.9.2 Carichi dovuti alla presenza dei tompagni

laterizi q = 266 daN/m2

h = 4.1 m 931 daN/m

h = 3.7 m 825 daN/m

5.9.3 Carichi dovuti alla presenza delle scale

peso gradini 161 daN/m2 a[cm] =15 p[cm] = 30 carico permanente malta di allettamento s[cm] 1 q =21 daN/m2 pavimentazione s[cm] 1 q = 25 daN/m2 Sommano 46 daN/m2 carico variabile 400 daN/m2 Cat. C2

5.9.4 Spinta del terreno

La spinta del terreno è stata calcolata considerando la condizione a riposo, pertanto la

pressione alla generica profondità dal piano campagna z vale:

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zK)z(p t0 ⋅γ⋅=

dove

� K0 = 1 – senφ’ è il coefficiente di spinta a riposo � γt è il peso dell’unità di volume del terreno

la pressione è stata applicata sugli elementi finiti rappresentanti le pareti considerando un

valore costante pari al valor medio assunto nel tratto ∆z pari alla lunghezza dell’elemento stesso.

I dati di progetto assunti sono:

� φ' = 35 ° � K0 = 0.427 � γt = 1900 daN/m3

z [m] p(z) [daN/m2] 0 0 0.39 316 1.17 949 1.95 1581 2.73 2213

5.9.5 Azione dovuta alla presenza dell’ascensore

Gli ascensori previsti sono di tipo oleodinamico; l’azione dinamica esercitata è stata messa in

conto considerando un’azione pari a 9450 daN. Tale azione è stata ripartita uniformante sulla

piastra di fondazione.

5.10 AZIONE SISMICA

La valutazione dell’azione sismica è stata effettuata in accordo con quanto prescritto nelle

NTC 2008 ed integrato nella Circolare n.617 del 2 febbraio 2009.

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5.10.1 Vita nominale

La vita nominale di un’opera strutturale VN è intesa come il numero di anni nel quale la

struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al

quale è destinata.

Nel caso in esame e sulla base della definizione di vita nominale, si assume:

VN = 50 anni

5.10.2 Classe d’uso

Poiché le opere in esame possono essere soggette ad affollamenti significativi, con

riferimento alla classificazione riportata nelle NTC 2008 al § 2.4.2 si assume una classe d’uso pari

a III alla quale corrisponde un coefficiente d’uso:

CU = 1.5

5.10.3 Periodo di riferimento per l’azione sismica

Come prescritto nelle NTC 2008 al § 2.4.3, il periodo di riferimento dell’azione sismica

viene calcolato come:

VR = VN CU = 75 anni

5.10.4 Determinazione dell’azione sismica

Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei diversi stati limite

considerati, si definiscono a partire dalla “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione. Essa

costituisce l’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche.

La pericolosità sismica è definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa ag in

condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (di

categoria A, NTC 2008 Tabella 3.2.II ), nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in

accelerazione ad essa corrispondente Se (T) , con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza

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PVR (NTC 2008 Tabella 3.2.I). Le forme spettrali (NTC 2008 § 3.2.3.2) sono definite, per ciascuna

delle probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR , a partire dai valori dei seguenti

parametri su sito di riferimento rigido orizzontale:

ag accelerazione orizzontale massima al sito;

Fo valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale.

T*C periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale. I

suddetti parametri sono ricavabili dalle tabelle riportate nell’Appendice B delle NTC 2008

attraverso le procedure di interpolazione in essa esplicate. Per la determinazione di tali parametri è

altresì richiesta l’individuazione del periodo di ritorno TR che è funzione di VN e PVR; la relazione

che lega tali parametri è la seguente:

)Pln(1

VT

VR

RR −

−=

Per la determinazione dello spettro di progetto è necessario determinare inoltre:

• La categoria di sottosuolo: nel caso in esame con riferimento ai dati geologici e geotecnici

allegati, è stata fissata una categoria di sottosuolo di tipo C

• La categoria topografica: con riferimento alla localizzazione topografica, gli edifici in

oggetto rientrano nella categoria T1;

• Il coefficiente di smorzamento viscoso: per le strutture in c.a. si può porre ξ = 5% per cui il

fattore η = (10/(5+ξ)1/2 assume valore unitario.

Determinati i parametri suddetti, Lo spettro di risposta elastico è definito dalle seguenti

relazioni:

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nelle quali T ed Se sono, rispettivamente, periodo di vibrazione ed accelerazione spettrale

orizzontale. Inoltre

o S è il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni

topografiche mediante la relazione seguente

S = SS ⋅ST

essendo SS il coefficiente di amplificazione stratigrafica e ST il coefficiente di

amplificazione topografica;

o η è il fattore che altera lo spettro elastico per coefficienti di smorzamento viscosi

convenzionali ξ diversi dal 5%, mediante la relazione

η = 10/(5 + ξ) ≥ 0,55

dove ξ (espresso in percentuale) è valutato sulla base di materiali, tipologia strutturale e

terreno di fondazione;

o Fo è il fattore che quantifica l’amplificazione spettrale massima, su sito di riferimento rigido

orizzontale, ed ha valore minimo pari a 2,2;

o TC è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a velocità costante dello spettro, dato da

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TC = CC ⋅TC*

dove

TC* è periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale

su suolo rigido e CC è un coefficiente funzione della categoria di sottosuolo

o TB è il periodo corrispondente all’inizio del tratto dello spettro ad accelerazione costante

TB = TC /3

o TD è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a spostamento costante dello spettro,

espresso in secondi mediante la relazione:

A partire dal valore dello spettro elastico si ricava lo spettro di progetto Sd(T) ottenuto

dividendo l’accelerazione spettrale elastica per il fattore di struttura q.

Il valore del fattore di struttura q da utilizzare per ciascuna direzione della azione sismica,

dipende dalla tipologia strutturale, dal suo grado di iperstaticità e dai criteri di progettazione

adottati e prende in conto le non linearità di materiale. Esso può essere calcolato tramite la

seguente espressione:

dove:

qo è il valore massimo del fattore di struttura che dipende dal livello di duttilità attesa, dalla

tipologia strutturale e dal rapporto αu/α1 tra il valore dell’azione sismica per il quale si verifica la

formazione di un numero di cerniere plastiche tali da rendere la struttura labile e quello per il quale

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RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 28 di 51 totali

il primo elemento strutturale raggiunge la plasticizzazione a flessione (per le strutture isostatiche

αu/α1 =1 =>qo = 1;

KR è un fattore riduttivo che dipende dalle caratteristiche di regolarità in altezza della

costruzione,con valore pari ad 1 per costruzioni regolari in altezza e pari a 0,8 per costruzioni non

regolari in altezza.

Quando si utilizza l’analisi lineare per sistemi non dissipativi, come avviene per gli stati

limite di esercizio, gli effetti delle azioni sismiche sono calcolati, quale che sia la modellazione per

esse utilizzata, riferendosi allo spettro di progetto ottenuto assumendo un fattore di struttura q

unitario. La resistenza delle membrature e dei collegamenti deve essere valutata in accordo con le

regole relative alle strutture non in zona sismica, non essendo necessario soddisfare i requisiti di

duttilità.

5.10.5 Combinazione dell’azione sismica con le altre azioni

L'azione sismica è caratterizzata da 3 componenti traslazionali, due orizzontali

contrassegnate da X ed Y ed una verticale contrassegnata da Z, da considerare tra di loro

indipendenti. Tali componenti vengono valutate attraverso il relativo spettro di risposta elastica in

accelerazione.

L’azione sismica E viene determinata associando ai carichi gravitazionali le masse

determinate attraverso la seguente espressione:

Per gli stati limite ultimi e di esercizio l’azione sismica sarà combinata con le altre azioni

attraverso la seguente espressione:

I valori dei parametri di calcolo adottati sono riportati nel seguente paragrafo.

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5.10.6 Parametri adottati nella determinazione dell’azione sismica

5.10.6.1 Spettro in accordo con TU 2008

� Acireale CT Longitudine 15.1700 Latitudine 37.6100 � Tipo di Terreno C � Coefficiente di amplificazione topografica (ST) 1.0000 � Vita nominale della costruzione (VN) 50.0 anni � Classe d'uso (CU) 1.5 ( Categoria 3 ) � Classe di duttilità impostata Bassa � Fattore di struttura massimo qo per sisma orizzontale 3.00 � Fattore di duttilita KR per sisma orizzontale 1.15 � Fattore KR 0.80 � Fattore KW 1.00 � Fattore di struttura q per sisma orizzontale 2.76 � Fattore di struttura q per sisma verticale 1.50 � Smorzamento Viscoso ( 0.05 = 5% ) 0.05

• Spettro di progetto SLV

� Probabilità di superamento (PRV) 10.0 e periodo di ritorno (TR) 712 (anni) � Ss 1.3 � TB 0.17 [sec] � TC 0.51 [sec] � TD 2.61 [sec] � ag/g 0.2525 � Fo 2.5370 � TC

* 0.3374

• Spettro di progetto SLD

� Probabilità di superamento (PRV) 63.0 e periodo di ritorno (TR) 75 (anni) � Ss 1.5 � TB 0.14 [sec] � TC 0.43 [sec] � TD 2.08 [sec] � ag/g 0.1202 � Fo 2.5446 � TC

* 0.2614

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Figura 4. Spettro di progetto SLV

Figura 5. Spettro di progetto SLD

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5.10.7 Metodo di analisi

Nel caso di analisi dinamica condotta per via modale il programma provvede al calcolo dei

modi di vibrare della struttura facendo uso dell'algoritmo noto in letteratura tecnica come Subspace

Iteration. Una volta M – Ortonormalizzati gli autovettori la risposta massima relativa all'i-esimo

modo di vibrare viene valutata con la formula:

( )2ini

idniiMax M

TSLS

ω××=

con

� Lni = {φiT}[M]{I}

� Mni = {φiT }[M]{ φi

T} � φi i-esimo autovettore; � ωi i-esima frequenza associata all'i-esimo autovettore; � M matrice delle masse; � I vettore di trascinamento;

Per cui il campo di spostamenti indotto dall'i-esimo modo di vibrare sulla struttura vale:

iMaxii SV ×φ=

Il programma per ogni direzione di ingresso del sisma quindi valuta il campo di spostamenti

nodali e il campo di sollecitazioni nel generico elemento secondo la formula di quadratura

completa (CQC):

∑ ∑ ××ρ=j i jiij VVS

dove:

� ρij coefficiente di correlazione tra il modo i e il modo j vale:

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con

� ξ smorzamento viscoso dei modi i e j; � βij è il rapporto tra l’inverso dei periodi di ciascuna coppia i-j di modi (βij = Tj/Ti) � n è il numero di modi (>= 3) considerati in soluzione � Si è la generica componente di spostamento o di sollecitazione indotta dallo i-esimo

modo di vibrare nell'elemento.

In output vengono inoltre riportate, per ogni direzione di ingresso del sisma e per ogni modo

di vibrare, le cosiddette masse modali efficaci. In particolare considerando la j-esima direzione di

ingresso del sisma e denotando con il pedice i le grandezze relative all’i-esimo modo di vibrare,

vengono forniti in output la grandezze:

� Il modo di vibrare (si noti che per ogni direzione di ingresso il sub-set di modi di vibrare utilizzato può cambiare essendo i modi di vibrare scelti in modo tale da fornire il massimo fattore di partecipazione Lij).

� Il fattore di partecipazione Lij (altrimenti noto in letteratura tecnica come gij). � Il rapporto percentuale fra il fattore di partecipazione del primo modo considerato ed il

generico modo (pari a 100 Lij/L1j). � La massa modale Emij efficace relativa all’i-esimo modo (Emij=L ij

2/Mij). � Il rapporto fra la massa modale efficace dell’i-esimo modo e la massa modale efficace

totale, calcolato come 100 Emij / EmTot j. � La percentuale, cumulativa, della massa modale considerata sommando via via i

contributi dovuti ai singoli modi di vibrare e pari a 100 Σ i (Emij / EmTotj). Tale valore è pari al 100% per un'analisi dinamica completa.

6 Rappresentazione grafica dei risultati

Di seguito si riporta la rappresentazione grafica dei carichi applicati, dell’inviluppo delle

caratteristiche di sollecitazioni e le configurazioni deformate ottenute dalla modellazione. Tali

rappresentazioni non hanno lo scopo di fornire i risultati numerici, bensì di fornire un’indicazione

circa il comportamento generale della struttura.

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6.1 Carichi applicati

Figura 6. Azioni permanenti strutturali

Figura 7. Azioni permanenti non strutturali

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RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 34 di 51 totali

Le azioni dovute alla presenza dei solai sono applicate attraverso superfici di carico; tali

carichi sono suddivisi per condizione di carico e sono state rappresentate separatamente. Per

brevità si riportano solamente alcune condizioni di carico.

Figura 8. Azioni trasmesse dalle superfici di carico: azioni permanenti non strutturali

Figura 9. Azioni trasmesse dalle superfici di carico: azioni variabili cat. C1

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Figura 10. Azione della temperatura

Figura 11. Pressione del terreno sulla parete interrata lato scala

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RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 36 di 51 totali

6.2 Inviluppo dei digrammi delle sollecitazioni

x

y

z

Figura 12. Inviluppo dei diagrammi dei momenti negli elementi monodimensionali

x

y

z

Figura 13. Inviluppo dei diagrammi del taglio negli elementi monodimensionali

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RELAZIONE SISMICA E DI CALCOLO Pag. 37 di 51 totali

x

y

z

Figura 14. Inviluppo del diagramma dello sforzo normale negli elementi monodimensionali

Poiché per gli elementi bidimensionali non è possibile ottenere gli inviluppi dei diagrammi,

per brevità si rappresentano solo quelli relativi alla prima combinazione di carico SLU.

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Figura 15. Colormap momenti mxx nella piastra di fondazione

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Figura 16. Colormap momenti myy nella piastra di fondazione

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Figura 17. Colormap momenti mxy nella piastra di fondazione

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Figura 18. Colormap momenti mxx nella parete ascensore lato scala e nella parete del vano scala

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Figura 19. Colormap momenti myy nella parete ascensore lato scala e nella parete del vano scala

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Figura 20. Colormap momenti mxy nella parete ascensore lato scala e nella parete del vano scala

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Figura 21. Colormap momenti mxx nella scala

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Figura 22. Colormap momenti myy nella scala

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Figura 23. Colormap momenti mxy nella scala

6.3 Deformate

Nelle seguenti figure sono rappresentate le deformate modali con riferimento ai primi modi

di vibrare della struttura e le deformate principali deformate sotto i carichi statici e sismici.

In particolare dalle deformate modali si evince come il modello rispecchi il comportamento

atteso sia per ciò che riguarda l’effetto scatolare del piano interrato, sia per ciò che riguarda gli

effetti torsionali dovuti all’eccentricità strutturale dovuta all’ubicazione eccentrica del vano scala e

del vano ascensore. Inoltre, si noti come le dissimetrie vengano rispecchiate da risposte

marcatamente differenti al variare dell’angolo di ingresso del sisma.

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x y

z

Figura 24. Deformata modale: 1° modo

x y

z

Figura 25. Deformata modale: 2° modo

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Figura 26. Deformata modale: 3° modo

Figura 27. Deformata modale: 4° modo

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Figura 28. Deformata sotto l’azione dei carichi verticali

Figura 29. Deformata sotto l’azione sismica: ingresso 0/90

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Figura 30. Deformata sotto l’azione sismica: ingresso 270/0

7 CARATTERISTICHE E MODELLAZIONE DEI

MATERIALI.

Vedi allegati di calcolo.

8 VERIFICHE EFFETTUATE.

Per quanto riguarda le verifiche, nella fase di progettazione preliminare, si sono svolte tutte le

verifiche necessarie a definire in modo preciso gli elementi strutturali e le quantità di acciaio

necessarie.

Si ricorda che le verifiche sono state effettuate facendo riferimento all’Eurocodice 2

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9 PARTI STRUTTURALI SECONDARIE.

Per parti strutturali secondarie (di modesta entità) si è svolto un dimensionamento di

massima deducibile dagli elaborati architettonici. Il calcolo preciso ed i dettagli costruttivi saranno

sviluppati nella fase di progettazione esecutiva.

Nel calcolo sismico non si è tenuto conto di queste strutture accessorie. La verifica verrà

tuttavia eseguita localmente in fase esecutiva.

10 STRUTTURE DEGLI IMPIANTI.

Gli impianti non presentano caratteristiche particolari pertanto si ritiene che le normali

tecniche di ancoraggio e di montaggio siano abbondantemente sufficienti a evitare problemi di

distacchi. Inoltre, gli impianti sono per la maggior parte a pavimento, senza pertanto creare

situazioni di sensibile pericolo per le persone che utilizzano la struttura.