Raffaele Landolfo » 22.Principi generali di progettazione antisismica

Caratteristiche generali degli edifici

Il comportamento strutturale di una costruzione soggetta ad un’azione di tipo sismico è fortemente condizionato da:

1. Morfologia del manufatto

• Regolarità in pianta
• Regolarità in elevazione

2. Tipologia del sistema sismoresistente

• A telaio
• A controventi reticolari
• A pareti
• A nuclei

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Regolarità in pianta

Una struttura è regolare in pianta se (NTC08):

• la configurazione in pianta è compatta e approssimativamente simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali, in relazione alla distribuzione di masse e rigidezze;
• il rapporto tra i lati di un rettangolo in cui la costruzione risulta inscritta è inferiore a 4;
• nessuna dimensione di eventuali rientri o sporgenze supera il 25% della dimensione totale della costruzione nella corrispondente direzione;
• gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistenti.

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Regolarità in elevazione

Una struttura è regolare in elevazione se (NTC08):

• tutti i sistemi resistenti verticali si estendono per tutta l’altezza della costruzione;
• la massa e la rigidezza rimangono costanti dalla base alla sommità della costruzione; eventuali incrementi tra un piano e l’altro (Δ_m e Δ_k) devono rispettare certi limiti;
• eventuali restringimenti della sezione orizzontale della costruzione avvengono in modo graduale da un orizzontamento all’altro, in modo che ad ogni orizzontamento il rientro non supera il 30% della dimensione corrispondente al primo orizzontamento, né il 20% della dimensione corrispondente all’orizzontamento immediatamente sottostante (fa eccezione l’ultimo orizzontamento di costruzioni di almeno 4 piani).

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Il giunto strutturale

Il giunto strutturale è un sistema di connessione o sconnessione volto a limitare o a neutralizzare gli effetti prodotti da azioni dirette o indirette nel sistema strutturale.

Il giunto sismico di disaccoppiamento verticale separa le masse e permette che il movimento vibratorio avvenga liberamente per ciascuna delle due parti.

Il sistema sismoresistente

Tipologie strutturali

1. Telai a nodi rigidi
2. Controventi reticolari
3. Pareti in c.a.
4. Nuclei in c.a.

Il sistema sismoresistente (segue)

Tipologie strutturali

1) Telai a nodi rigidi

Resistono alle forze orizzontali con un comportamento prevalentemente flessionale che coinvolge travi e pilastri.

Richiedono nodi trave-colonna in grado di ripristinare la continuità tra gli elementi che vi concorrono (nodi rigidi).

Si caratterizzano per l’estrema versatilità dal punto di vista architettonico e per l’elevata capacità dissipativa in campo plastico

Problematiche connesse

• Meccanismi di collasso
• Eccessiva deformabilità

Il sistema sismoresistente (segue)

Tipologie strutturali

2) Controventi reticolari

Resistono alle forze orizzontali grazie al regime di sforzi assiali (di trazione e compressione) che si instaura in tutti gli elementi del generico campo controventato (diagonali, colonne e travi).

Non richiedono nodi trave-colonna in grado di ripristinare la continuità (nodi cerniera).

Determinano vincoli distributivi e/o funzionali dal punto di vista architettonico e si caratterizzano per l’elevata rigidezza e per l’economicità della soluzione.

Problematiche connesse

• Scarsa duttilità
• Azioni sulle fondazioni

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Tipologie strutturali

3) Pareti in c.a.

Nella parete, che può essere assimilata ad una mensola incastrata nelle fondazioni, l’assorbimento delle forze orizzontali avviene grazie ad un regime flesso-tagliante nel suo piano medio.

Problematiche connesse

• Scarsa duttilità
• Azioni sulle fondazioni

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Tipologie strutturali

4) Nuclei in c.a.

Il nucleo è costituito da quattro setti, collegati senza soluzione di continuità lungo gli spigoli comuni, e incastrato alla base. Si determina così un elemento sismoresistente di tipo tridimensionale, in grado di opporsi a forze orizzontali agenti secondo una qualunque direzione, mediante un regime flesso-torsionale e tagliante.

Problematiche connesse

• Resistenza e duttilità
• Deformabilità torsionale complessiva
• Azioni sulle fondazioni

Il sistema sismoresistente (segue)

Disposizione degli elementi sismoresistenti

Per garantire l’equilibrio nei confronti delle azioni orizzontali sarebbero sufficienti tre elementi sismoresistenti piani (telai, pareti e controventi reticolari) disposti in modo che la struttura risulti isostatica. Nella pratica si preferisce progettare la struttura in maniera tale da risultare almeno una volta iperstatica, ossia disporre almeno due elementi simoresistenti piani per ogni direzione principale.

Gli elementi sismoresistenti vanno posizionati il più centrifugati possibile e, al contempo, in modo tale da ridurre l’eccentricità tra G_M (baricentro delle masse) e G_K (baricentro delle rigidezze).

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Disposizione degli elementi sismoresistenti

• Telai piani: sarebbero sufficienti due soli telai piani per ogni direzione. Nella pratica, questa soluzione strutturale conduce ad una ossatura sismoresistente di tipo tridimensionale (telaio spaziale) costituita da due insiemi di telai piani, mutuamente collegati tra di loro, disposti secondo due direzioni ortogonali
• Controventi e/o pareti: occorre disporre almeno due controventi reticolari e/o setti in ogni direzione, nel modo più centrifugato possibile. Il numero effettivo dipenderà ovviamente dalle dimensioni dell’edificio e dall’entità delle forze in gioco.

Il sistema sismoresistente (segue)

Disposizione degli elementi sismoresistenti

• Nuclei: un unico elemento garantisce l’equilibro per l’intero edificio. Va posizionato il più possibile in posizione baricentrica. Nel caso di edifici molto allungati, al fine di aumentare la rigidezza torsionale, può adottarsi una soluzione a più nuclei, opportunamente posizionati in pianta (centrifugati e simmetrici rispetto al baricentro).