STRUTTURE DI ACCIAIO PER EDILIZIA ABITATIVA LEGGERA … · PUNTI DI FORZA LEGATI ALL’USO DI PROFILI SOTTILI IN ACCIAIO: -1 3 DESIGN BY TESTING L’IMPIEGO STRUTTURALE 24 INTRODUZIONE

Milano, 04 ottobre 2013

STRUTTURE DI ACCIAIO

PER EDILIZIA ABITATIVA LEGGERA

Prof. Riccardo Zandonini

Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica

Università di Trento

PROFILI SOTTILI IN ACCIAIO:

Sezioni aperte accoppiate

“Z” “C” “U”

Sezioni aperte

Sezioni chiuse accoppiate

IL PROCESSO DI PROFILATURA

Spessore ≤ 3mm

L’IMPIEGO STRUTTURALE

INTRODUZIONE CASO STUDIO RICERCA 1 24


INTRODUZIONE RICERCA

SOLAI E COPERTURE

SOPRAELEVAZIONI STRUTTURE

2 24 CASO STUDIO

PUNTI DI DEBOLEZZA:

Snellezza instabilità ;

Sensibilità agli effetti del secondo ordine;

Scarsa rigidezza torsionale;

Giunti semi-rigidi.

Libertà nella scelta della geometria;

Leggeri (spessori ≤ 3mm) facili da movimentare;

Processo di lavorazione ‘sartoriale’ semplici da assemblare;

Adatti ad ogni genere di finitura;

Garantiscono un elevato grado di durabilità.

PUNTI DI FORZA LEGATI ALL’USO DI PROFILI SOTTILI IN ACCIAIO:

EC3-1-3

DESIGN

BY

TESTING


INTRODUZIONE RICERCA 3 24 CASO STUDIO

SISTEMA AD ASTE

SISTEMA A PANNELLI

guida

SISTEMA MODULARE

Elementi singoli (montanti e traversi) assemblati in sito per creare travi e pareti

Elementi bidimensionali (pareti e travi) assemblati in stabilimento

montante

traverso

Moduli – Sistemi volumetrici assemblati in stabilimento, spesso completi di finiture ed impianti

Trave reticolare

Pannello di parete

Elemento singolo



L’IMPIEGO IN EDIFICI RESIDENZIALI

Impianti facilmente integrabili Coibentazione interna

Pannellatura esterna



VANTAGGI DEL SISTEMA COSTRUTTIVO:

L’acciaio è un materiale riciclabile;

Versatilità e libertà architettonica;

Non richiede mezzi pesanti per la movimentazione ed il montaggio;

Facilità e rapidità di montaggio;

Riduzione dei tempi cantierabili con conseguente contenimento dei costi;

Riduzione degli sfridi di lavorazione e di montaggio;

Facilmente integrabile al passaggio degli impianti;

Efficienza energetica dell’involucro;

Leggerezza del sistema strutturale masse sismiche contenute.



Pianta piano terra

Geometria

Larghezza 5 m

Lunghezza 10 m

Altezza d’interpiano 2,7 m

Tipologia di copertura Piana

Interasse montanti e travi 0,4 m

Pianta piano primo



PESO PARETE ESTERNA

Tipo Materiale Peso [kN/m2]

Componenti strutturali

Profili in acciaio, lastre in fibrocemento

0,42

Componenti non strutturali

Pannelli isolanti, lastre di finitura

0,423

qtot 0,843



Profili in acciaio 0,14



0,40

qtot 0,540

PESO PARETE INTERNA

Vista assonometrica

lastra esterna

lastra interna

materiale isolante

lastra esterna

controparete

materiale isolante

cappotto



CARICO GRAVITAZIONALE - COPERTURA

CARICO GRAVITAZIONALE – SOLAIO INTERMEDIO

Sezione trasversale



Profili in acciaio, doppio OSB sp.18mm

0,37


Pannelli isolanti, lastre di finitura, pavimento in legno

0,467

qtot 0,837



Profili in acciaio, doppio OSB sp.18mm

0,37



0,276

qtot 0,646

Sezione longitudinale

controsoffitto

OSB isolante

isolante

controsoffitto

OSB isolante

isolante

pavimentazione



Trento

Macerata

Asolo

Trieste

Grosseto

Zone – carico da neve kN/m2

1 1,50

2 1,00

3 0,60

VALORE DEI CARICHI VARIABILI PER DIFFERENTI AREE GEOGRAFICHE

Tipo di carico Carico Accidentale [kN/m2]

Macerata (qslm 780m)

Trento (qslm 600m)

Asolo (qslm 400m)

Grosseto (qslm 10m)

Trieste (qslm 2m)

Copertura 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Solaio intermedio 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0

Vento (in copertura) 0,45 0,38 0,38 0,50 0,55

Neve 1,6 2,4 1,95 0,6 1,0

In accordo alle NTC-2008

Trento

Macerata

Asolo

Trieste

Grosseto



COMBINAZIONE FONDAMENTALE AGLI SLU

Macerata Trento Asolo Grosseto Trieste

Q1 - copertura 3,185 kN/m2 4,385 kN/m2 3,710 kN/m2 1,985 kN/m2 2,285 kN/m2

Q2 - solaio intermedio 4,070 kN/m2 4,070 kN/m2 4,070 kN/m2 4,070 kN/m2 4,070 kN/m2

CARICHI VERTICALI

CARICHI ORIZZONTALI

L’AZIONE DEL VENTO IN PARETE

Macerata (qslm 780m)

Trento (qslm 600m)

Asolo (qslm 400m)

Grosseto (qslm 10m)

Trieste (qslm 2m)

V - parete SOPRAVENTO 0,75 kN/m2 0,64 kN/m2 0,64 kN/m2 0,83 kN/m2 0,92 kN/m2

V - parete SOTTOVENTO 0,45 kN/m2 0,38 kN/m2 0,38 kN/m2 0,50 kN/m2 0,55 kN/m2

Parete SOPRAVENTO

Parete SOTTOVENTO



AZIONI ORIZZONTALI: IL SISMA

W2 = 167,372 kN

W1 = 77,086 kN

L’AZIONE DEL SISMA

Macerata ZONA(*) 1

Trento ZONA(*) 4

Asolo ZONA(*) 2

Grosseto ZONA(*) 4

Trieste ZONA(*) 3

F1 - copertura 1,952 kN/m2 0,634 kN/m2 1,639 kN/m2 0,613 kN/m2 0,959 kN/m2

F2 – solaio intermedio 2,119 kN/m2 0,688 kN/m2 1,778 kN/m2 0,666 kN/m2 1,041 kN/m2

F2 = 105,94 kN

F1 = 97,59 kN

(*) Zona Sismica

Fattore di struttura

q=1

Edificio: Dimensioni in pianta 5x10 m

3 m

3 m

MASSA SISMICA FORZE STATICHE EQUIVALENTI

Edificio in ZONA 1

Spettro di risposta

NTC-2008

Componente orizzontale

Componente verticale



L’azione orizzontale del vento può, in questo tipo di strutture, risultare preponderante

rispetto all’azione sismica;

Possibilità di edificare in zone sismiche di media intensità;

Necessità di condurre prove sperimentali:

1) approfondire il comportamento dei componenti strutturali e delle connessioni in campo

statico (prove monotone) e in campo dinamico (prove cicliche);

2) valutare la capacità dissipativa sotto carichi ciclici degli elementi di parete e

dell’intero edificio.

ALCUNE CONSIDERAZIONI:



1. Studio della sezione prove a compressione e a flessione;

2. Sperimentazione sui pannelli di parete prove a taglio.

1. Travi reticolari prove a flessione;

2. Sistemi di connessione (rivetti, viti e dispositivi hold-down);

3. Materiale di rivestimento (caratterizzazione meccanica);

4. Modulo full-scale.

PROVE SPERIMENTALI EFFETTUATE:

PROVE SPERIMENTALI IN FASE DI PROGETTO:



H: 100-150-200 mm B: 55 mm t: 1-1.2 mm

cerniera

cerniera Test set-up Test set-up

F

F

SONO STATI ESEGUITI

90 TESTS

RISULTATI OTTENUTI

VALORE DEL CARICO DI COLLASSO

MODALITA’ DI COLLASSO

STUDIO DELLA SEZIONE:

x

A

B

H

y

t

PROVE A COMPRESSIONE procedura secondo EC3-1-3

Influenza degli irrigidimenti intermedi e di bordo



PROVE A FLESSIONE (quattro punti):

d

l

F F

F

F

F

SONO STATI ESEGUITI

211 TESTS

VARIABILI CONSIDERATE:

-3 geometrie di sezione (H 100-150-200 mm);

-2 spessori (1-1,2 mm);

-3 diverse lunghezze;

-3 interassi tra i pressori;

-3 condizioni di carico.



1. La tipologia di parete (presenza o assenza di aperture, controventi, lastre di rivestimento, …);

2. Altezza della sezione (H=100-150 mm);

3. Presenza di dispositivi hold-down;

4. Raddoppio dei montanti;

5. Dimensione degli elementi di controvento reticolari;

6. Controventi a croce;

7. Contributo delle lastre di rivestimento.

ALCUNE TIPOLOGIE DI PARETE ANALIZZATE:

PARAMETRI INVESTIGATI:

SONO STATI ESEGUITI

21 TESTS



Il sistema di applicazione del carico verticale

CARICO VERTICALE APPLICATO

21.17 kN/m

Il set-up di prova

PROVE STATICHE E DINAMICHE REALIZZATE SULLE PARETI:



IL PROTOCOLLO ECCS PER LE PROVE DINAMICHE LA DETERMINAZIONE DI ey

n. cicli intervallo

1 ciclo e+y/4 e-

y/4

1 ciclo 2e+y/4 2e-

y/4

1 ciclo 3e+y/4 3e-

y/4

1 ciclo e+y e-

y

2 cicli 2e+y 2e-

y

2 cicli (2+2n)e+y (2+2n)e-

y

PROCEDURA DI APPLICAZIONE CICLICA DEL CARICO

0

30

60

90

0 20 40 60

Spostamento (mm)

Ca

ric

o

(k

N)

e y

curva di inviluppo

rigidezza secante

rigidezza tangente



Rotazione (mrad)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G5-100-400-XX-1 G9-100-400-XX-1

Walls with double outer chords and hold-downs on

outer chords

Walls with double outer chords and hold-downs on

outer chords

Fo

rza

la

tera

le (

kN

)

INFLUENZA DELLA TIPOLOGIA DEL SISTEMA DI CONTROVENTO PROVE STATICHE

Collasso della diagonale di controvento

Deformazione locale del montante con pull-out del rivetto



Rotazione (mrad)

INFLUENZA DELLA LASTRA DI CONTROVENTO PROVE STATICHE

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5 10 15 20 25

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G5-100-400-BB-1 G8-100-400-EF-1G9-100-400-GH-1

Walls with double outer chords and hold-downs on outer chords

Fo

rza

la

tera

le (

kN

)

Rotazione (mrad)



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G9-100-400-XX-1 G9-100-400-GH-1

Walls with straps with double outer chords and hold-downs on outer chords

Fo

rza

la

tera

le (

kN

)

Rotazione (mrad)

IL CONTRIBUTO DELLA LASTRA DI RIVESTIMENTO PROVE STATICHE

LA LASTRA DI RIVESTIMENTO INFLUENZA LA

RIGIDEZZA E IL CARICO DI COLLASSO DELLA PARETE

LA RIGIDEZZA SECANTE AUMENTA DEL 125%

IL CARICO DI COLLASSO DEL 114%



-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-20 -10 0 10 20

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G9-100-400-GH-2 -80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-30 -20 -10 0 10 20 30

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G8-100-400-EF-2

-60

-40

-20

0

20

40

60

-50 -30 -10 10 30 50

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G9-100-400-XX-2 -20

-10

0

10

20

-40 -20 0 20 40

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G7-100-400-XX-1

CONFRONTO TRA PARETI RIVESTITE E PARETI PRIVE DI RIVESTIMENTO PROVE CICLICHE

-20

-10

0

10

20

-60 -40 -20 0 20 40 60

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G6-100-400-XX-2

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 30 60 90 120

En

erg

y (

kJ)

Lateral top displacement (mm)

G6-100-400-XX-2 G7-100-400-XX-1

G9-100-400-XX-2 G5-100-400-BB-2

G8-100-400-EF-2 G9-100-400-GH-2-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-20 -10 0 10 20

La

tera

l F

orc

e

(kN

)

Rotation (mrad)

G5-100-400-BB-2 E

ne

rgia

(kJ)

Spostamento (mm)

PARETI PRIVE DI RIVESTIMENTO

PARETI RIVESTITE



CONCLUSIONI



Una prima analisi dei risultati consente di affermare che le scelte di progetto

adottate permettono di realizzare un sistema industrializzato leggero per

l’edilizia che, nel rispetto dei vincoli generali definiti in fase preliminare, soddisfa

i requisiti di affidabilità statica anche in zone a media sismicità.

Le prove ulteriori che verranno condotte completeranno il set di dati necessario

per giungere a una progettazione ottimale del sistema in accordo alle

normative vigenti.

Promozione Acciaio – Stand H10, Pad. 1

E’ POSSIBILE REPERIRE IL MATERIALE INFORMATIVO RELATIVO ALL’INTERVENTO

PRESSO:

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Documents

STRUTTURE DI ACCIAIO PER EDILIZIA ABITATIVA LEGGERA … · PUNTI DI FORZA LEGATI ALL’USO DI PROFILI SOTTILI IN ACCIAIO: -1 3 DESIGN BY TESTING L’IMPIEGO STRUTTURALE 24 INTRODUZIONE