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Il sistema strutturale rappresenta la parte portante di un manufatto (sistema costruzione), ovvero l’organismo a cui è relegata la funzione di assorbimento e trasferimento in “sicurezza” al terreno di fondazione delle azioni di carattere antropiche o ambientali a cui è assoggettato durante la sua vita di progetto.
In particolare la struttura è vista come un insieme di elementi (membrature) collegati tra loro da relazioni (vincoli interni o esterni) che ne definiscono il grado di appartenenza (sotto sistemi o gruppi omogenei) e la loro gerarchia (elementi principali, secondari etc.).
Un qualsiasi sistema strutturale può generalmente suddividersi in sotto-sistemi, ossia in parti omogenee definite per tipologie e/o funzioni statiche.
Una volta concepito il sistema strutturale, esso deve essere adeguatamente modellato.
La descrizione del modello strutturale avviene a partire dal modello geometrico.
Il modello geometrico ha come finalità quella di descrivere la geometria del sistema strutturale nel suo stato iniziale, attraverso un’adeguata scelta tipologica degli elementi che lo compongono definendo, inoltre, i vincoli interni ed esterni che ne limitano gli spostamenti.
Il modello geometrico si caratterizza in primo luogo per la scelta tipologica degli elementi, ovvero per la definizione di un’appropriata teoria strutturale che interpreti, in maniera adeguata, la risposta strutturale del sistema o del sottosistema da analizzare.
Elementi strutturali. Fonte: Botta prefabbricati; Costruzioni Lavenice; Marino solai; Edil Portale
Definiamo elementi monodimensionali quei solidi la cui geometria è caratterizzata da una dimensione (L, lunghezza) predominante rispetto alle altre due.
Posto:
dove b ed h sono le dimensioni della sezione trasversale dell’elemento.
Pertanto, un elemento può essere considerato monodimensionale se risulta essere soddisfatta la seguente relazione:
Definiamo elementi bidimensionali quei solidi la cui geometria è caratterizzata da una dimensione (t, spessore) molto più piccola rispetto alle altre due.
Posto :
dove a e b rappresentano rispettivamente la larghezza e la lunghezza dell’elemento.
Pertanto, un elemento può essere considerato bidimensionale se risulta essere soddisfatta la seguente relazione:
Definiamo elementi tridimensionali quei solidi la cui geometria è caratterizzata da dimensioni tra loro confrontabili (a, b, c).
Un elemento può essere considerato tridimensionale se risulta essere soddisfatta la seguente relazione:
a ≅ b ≅ c.
La modellazione geometrica termina con la scelta dei vincoli esterni ed interni, che limitano gli spostamenti del sistema strutturale.
I vincoli sono dispositivi atti a limitare il campo di spostamenti di un determinato sistema, attraverso la successiva eliminazione dei gradi di libertà (g.d.l.). Ad ogni g.d.l. eliminato (grandezza cinematica) corrisponde una reazione vincolare (r.v.).
Le forme strutturali costituite da elementi monodimensionali, in relazione alla loro geometria o forma (dritti o curvi), possono essere classificate in:
Le travi sono elementi strutturali monodimensionali, caricate principalmente in direzione normale al proprio asse e soggette prevalentemente a momento flettente e taglio.
Gli archi sono elementi strutturali di tipo lineare curvo, che collegano due punti, soggetti (per forma) a sforzi prevalenti di compressione.
Ciò avviene quando la linea d’asse dell’arco si posiziona lungo la funicolare dei carichi e/o curva di pressione (luogo dei punti di applicazione delle risultanti degli sforzi su ogni sezione trasversale dell’arco e dei piedritti).
A differenza degli archi formati da blocchi, gli archi “monotrave” realizzati in materiali quali l’acciaio o il calcestruzzo armato sono in grado di sopportare una certa entità di variazione di carico senza registrare variazioni di forma o danneggiamenti.
Gli archi vengono classificati, in base alle condizioni dei loro supporti, in:
Poligono funicolare dei carichi. Fonte: Il Portale delle Costruzioni
Si definisce traliccio o travatura reticolare un sistema di elementi lineari (aste), disposti secondo un triangolo o una combinazione di triangoli, al fine di formare un sistema rigido.
Gli elementi lineari sono collegati tra loro mediante cerniere (nodi), in modo che tutti i carichi e le reazioni vincolari siano applicati solo nei nodi.
Le aste di conseguenza saranno sollecitate solo da regimi assiali di compressione o di trazione.
Una struttura a telaio è composta da elementi lineari, travi e colonne, incastrati tra loro, cioè vincolati in modo tale da trasmettersi mutuamente le sollecitazioni flessionali.
Quando un telaio è sollecitato ortogonalmente al suo piano di giacitura prende il nome di graticcio.
Il graticcio è un sistema doppiamente ordito di travi inflesse che, incastrate in ogni nodo, si sostengono a vicenda riducendo l’inflessione che si sarebbe avuta se ogni singola trave fosse stata indipendente.
1. L'architettura strutturale e l'evoluzione dell'arte del costrui...
3. La misura della sicurezza strutturale
5. Introduzione alle costruzioni in acciaio
7. Resistenza e stabilità: la classificazione delle sezioni trasv...
9. Le membrature inflesse e pressoinflesse: verifiche SLU e SLE
10. I collegamenti e le unioni elementari
11. Introduzione alle costruzioni in cemento armato
13. Stato limite ultimo per tensioni normali
14. SLU per tensioni normali: la flessione semplice
15. SLU per tensioni normali: pressoflessione
16. Stato limite ultimo per tensioni tangenziali
17. Stati limite di esercizio: fessurazione e controllo tensionale
19. La classificazione dei sistemi strutturali
Daniel L. Schodek, Strutture, Patron Editore, Bologna 2004