Gruppo: Arianna Sofia Pace, Giulia Retacchi

Per la prima esercitazione è stata scelta una struttura reticolare spaziale di 42 m x 24 m x 3 m composta da moduli cubici di 3x3x3m. La reticolare poggia su 5 setti scatolari e su 4 dalla forma lineare mentre tutti i solai dell’edificio sono appesi alla reticolare tramite i pilastri in modo tale che i carichi, rappresentati dai solai, si trasmettono ai pilastri, che a loro volta li trasmettono alla reticolare spaziale venendo successivamente trasmessi al suolo tramite i setti murari che la sostengono.

1-Scelta della tecnologia:

In questo caso si è scelto un solaio in acciaio, composto da travi principali, secondarie e lamiera grecata.

• Carico permanente portato (qp):

1 - Disegno del progetto

La trave reticolare spaziale si basa su un modulo di un cubo 2x2x2 m. ripetuto per 12 volte su un lato e 16 su l'altro. La luce massima tra le 2 coppie di setti a "L" è di 16 m mentre verso l'esterno aggetta per massimo 6 m. I tiranti a su cui si reggono i solai dei 4 piani sottostanti si attaccano ai noti della reticolare creando campate di 6x4 m.

2 - Analisi dei carichi

Si è ipotizzato un carico allo SLU di 13,31 KNm, derivante da:

Permanenti strutturali G1 = 1,7 KNm^2

Permanenti non strutturali G2 = 3,4 KNm^2

Carico variabile Q1 = 4 KNm^2

Carico variabile Q2 = 0,48 KNm^2

Combinati con la formula ricavata da NTC 2018 in cui si inseriscono anche i coefficenti di sicurezza. Il valore ricavato è stato moltiplicato per le diverse aree di influenza e per il numero di piani.

3 - Costruzione del modello in SAP2000

Caricato il file dxf nel programma, si procede con l'assegnazzione dei vincoli esterni (cerniere) relativi ai setti che scaricano il peso della struttura a terra, e i vincoli interni relativi alle cerniere nei nodi.

Per poter avviare l'analisi della deformata, è stato necessario inserire i carichi calcolati precedentemente nei nodi sollecitati dai tiranti.

In seguito a questo, si estrapolano le tabelle degli sforzi da inserire su excel.

4 - Progetto delle aste

Si semplifica e si ordina la tabella estrapolata da SAP2000, in modo da dividere le aste prima per compressione e trazione, e poi per gruppi a seconda dell'intensità dello sforzo a cui devono resistere.

 A questo punto, si inseriscono gli sforzi dell'asta più sollecitata di ogni gruppo in un foglio di calcolo dove sono impostate le formule per ricavare l'area minima per le aste tese, e il momento di inerzia minimo per le aste compresse. Dai valori ricavati si ricerca il profilato necessario sui sagomari.

5 - Verifica di deformabilità e abbassamento

Si ritorna al modello di SAP2000 sostituendo i profili appena dimensionati a quelli ipotizzati la prima volta. Per verificare l'abbassamento massimo si calcola il peso proprio della struttura creando un nuovo carico dal quale si ricavano le reazioni vincolari sugli appoggi, poichè la sommatoria delle reazioni verticali sugli appoggi equivale al peso proprio della struttura. In seguito si combina il carico del peso della struttura con i carichi allo SLE e si avvia l'analisi dalla quale si calcola la misura dell'abbassamento dei nodi che deve essere necessariamente inferiore a 1/200 della luce massima tra gli appoggi

Gruppo di lavoro: Marco Lazzerini, Davide Piccolo e Francesco Ranalli

Per questa prima consegna abbiamo progettato una travatura reticolare, sostenuta da quattro setti portanti in calcestruzzo armato, a cui sono appesi 4 piani adibiti ad uffici.
La reticolare è impostata su una griglia modulare 3m x 3m che complessivamente misura 36 m sul lato lungo e 18 sul lato corto, con un' altezza di 3m.

Dopo aver disegnato la reticolare su Autocad3D abbiamo importato il modello in Sap2000.
Il primo passaggio che abbiamo effettuato è stato quello di rilasciare tutte le cerniere interne della struttura così da non avere momenti ai nodi.
Il passaggio successivo è stato quello di applicare i vincoli esterni in prossimità dei nodi che coincidono con i setti portanti in calcestruzzo armato. Inoltre assegniamo una sezione tubolare cava casuale alle nostre aste dato che non avrà incidenza sui risultati dell'analisi degli sforzi normali.

VERIFICA A RESISTENZA (S.L.U.)
Arrivati a questo punto impostiamo l'analisi dei carichi allo S.L..U. (Qu)dove analizziamo i carichi permanenti strutturali (ipotizzando un solaio interamente in acciaio, Qs=1,5Kn/m2) , i sovraccarichi permanenti non strutturali (ipotizzando differenti carichi) e i sovraccarichi accidentali (ipotizzando Qa=2Kn/m2 per uffici).

Creiamo all'interno del programma un nuovo Load Pattern rinominandolo F e annulliamo il moltiplicatore di peso proprio per non generare momenti interni alla struttura.

Per posizionare i carichi sui nodi della reticolare dobbiamo tener conto dell'area di influenza di ogni signolo pilastro, del numero di piani e del carico Qu.

Avviando l'analisi estrapoliamo le tabelle excel in cui dividiamo le nostre aste soggette a sforzo di compressione da quelle soggette a sforzo di trazione.
Conoscendo gli sforzi interni delle aste possiamo iniziare il dimensionamento.
Supponendo di utilizzare un acciaio S275 sappiamo che la resistenza del materiale è di 275Mpa (fyk) e dovrà essere divisa per un coefficente di sicurezza dell'acciaio pari a 1,05 trovando così fyd.
Sapendo che la tensione interna di un asta è pari al rapporto tra lo sforzo normale a cui è sottoposta e l'area della propria sezione, allora:

Amin = N / fyd

Per quanto riguarda le aste tese necessitiamo soltanto di una verifica di resistenza. Troviamo così l'area minima che deve avere il tubolare cavo affinchè resista allo sforzo agente. Per trovare le sezioni di progetto confrontiamo l'area minima con le aree che troviamo sui profilari e prendiamo una sezione con un'area leggermente maggiore di quella minima così da resistere allo sforzo di trazione.

Le aste compresse invece, oltre a una verifica di resistenza, necessitano di un'ulteriore verifica a instabilità. Per scegliere l'area di progetto del tubolare cavo soggetto ad uno sforzo di compressione dobbiamo confrontare con i profilari sia l'area minima che il raggio giratore d'inerzia minimo così da resistere ad un carico di punta.

Assegnate le sezioni di progetto in compressione e in trazione le dividiamo in 8 grandi categorie (Range).

Per trovare il peso proprio della travatura reticolare assegniamo al modello SAP una sezione tubolare avente come area una media delle aree di progetto. Assegnando Dead come unico carico ed estrapolando le reazioni vincolari presenti nella tabella Excel, sappiamo quant'è il peso proprio della travatura reticolare.

Adesso dobbiamo distribuire il peso proprio della struttura sui nodi e, attraverso un'analisi dell'area di influenza a cui è sottoposto ogni nodo, trovando le forze concentrate soprastanti. 

Aggiungendo al carico Qu il carico Pp del peso proprio possiamo fare un'analisi più realistica e accurata degli sforzi interni che ci esportiamo sempre su Excel.

VERIFICA ABBASSAMENTI (S.L.E)

Una volta fatta la combinazione vado a verificare anche gli abbassamenti della struttura.

Dal modello, che mostra la deformata della nostra travatura reticolare, notiamo che i nodi che maggiormente si abbassano sull'asse Z sono i 4 nodi posizionati ai vertici della reticolare. Andremo quindi ad effettuare la verifica agli abbassamenti solo a quei nodi.
Sapendo che gli abbassamenti devono essere verificati con il carico allo S.L.E. andiamo a ridurre i valori del 35% poichè abbiamo inserito il carico allo S.L.U.
I 4 nodi della struttura che subiscono un abbassamento maggiore hanno una distanza dall'appoggio di 8,5m e visto che l'abbassamento non deve essere inferiore al 2% i nostri valori ci indicano che la nostra travatura reticolare non soddisfa i requisiti richiesti.
 

Secondo noi questo problema può essere risolto attrverso due modi:
-aumentando l'altezza della reticolare incrementiamo così il momento d'inerzia equivalente della travatura reticolare.
-rimuovere i pilastri/tiranti posizionati ai 4 nodi dove la deformazione lungo Z è maggiormente accentuata andando così a modificare gli sforzi interni della struttura.

ESERCITAZIONE 1-TRAVE RETICOLARE 3D- MATTEO PERRONE, GIULIO ROSSI.

1- Descrizione del progetto

La trave reticolare spaziale è composta da un modulo 3X3X3 ripetuto rispettivamente 6 volte lungo l'asse y e 12 volte lungo l'asse x, è appoggiata su due setti in calcestruzzo armato posti in corrispondenza dei nodi con una luce massima di 18 metri tra gli appoggi, la struttura presenta degli agetti massimi di 6 metri su tutte le direzioni. La reticolare sostiente 7 piani appesi grazie a dei tiranti disposti lungo la maglia con un modulo 6x6.

2- Analisi dei carichi

La combinazione dei carichi agli SLU è stata ipotizzata di 10 KN/mq 

3- Analisi in Sap 2000

Una volta importato il file DXF in Sap 2000 si inseriscono i vincoli interni ed esterni alla struttura. Successivamente si assegnano il materiale e una sezione in acciaio e si passa alla distribuzione dei carichi superficiali sui nodi della reticolare trasformandoli in carichi puntuali in base all'area d'influenza di ognitirante. Effettuate queste operazioni si può procedere all'analisi da sap per poi effettuare l'estrazione dei dati in un file excel.

4- Progetto e verifica delle aste 

Una volta estrapolati i dati in un file excell si procede alla distinzione delle aste in gruppi basati sullo sforzo normale. In questo progetto le aste sono suddivise in 7 gruppi che hanno una variazione di 1000KN ciascuno.

1°gruppo (da -4000KN a -3000KN): 4 aste
2°gruppo (da -3000KN a -2000KN): 4 aste
3°gruppo (da -2000KN a -1000KN): 60 aste
4°gruppo (da -1000KN a 0KN): 302 aste
5°gruppo (da 0KN a 1000KN): 262 aste
6°gruppo (da 1000KN a 2000KN): 52 aste
7°gruppo (da 2000KN a 3000KN): 8 aste.

Successivamente le aste sono state divise in aste VO (verticali e orizzontali) e in aste diagonali per poi proseguire con il dimensionamento e la verifica a trazione e a compressione delle stesse.

In seguito al dimensionamento sono stati scelti i seguenti profilati:
-Profilato Quadro Cavo EN10210 180x6,3
-Profilato Quadro Cavo EN10210 180x12,5
-Profilato Quadro Cavo EN10210 200x6,3
-Profilato Quadro Cavo EN10210 200x12,5
-Profilato Quadro Cavo EN10210 280x14,2
-Profilato Quadro Cavo EN10210 200x16

5- Calcolo del peso proprio e verivica degli spostamenti

Per poter calcolare il peso proprio della struttura è stato necessario trovare un profilato in base alla media delle sezioni dei profilati da progetto, che è stato assegnato nuovamente a tutte le aste su Sap 2000. In seguito si fa partire l'anisi considerando, oltre ai solai, anche il peso proprio della struttura.

Eseguita l'analisi è possibile visualizzare lo spostamento massimo verticale della struttura e di consegueza procedere alla verifica degli spostamenti. In questo caso lo spostamento massimo calcolato con la combinazione dei carici agli SLU (0,039m) è inferiore a 1/200 della luce (0,042m), quindi non è necessario effettuare una verifica agli SLE.

Progettazione strutturale di un Hotel in Via Giulia, Roma.

Il progetto si sviluppa a Roma, in Via Giulia, su di un lotto di superficie 5000 mq.
Nel programma funzionale sono comprensi un hotel 4 stelle, uno spazio museale ed il recupero di reperti archeologici.
Nello specifico il nostro progetto prevede:
• piano interrato ad uso parcheggio e spazio espositivo;
• piano terra ad uso semi-pubblico;
• quattro piani fuori terra ad uso hotel.

Ai fini del progetto è stato scelto di analizzare solo uno dei quattro corpi dato che essi sono della stessa dimensione e collegati tra loro a due a due.

ANALISI DELLE PROBLEMATICHE ED ITER PROGETTUALE

Nello studio sono sorti 2 nodi “problematici” che hanno aiutato lo sviluppo delle scelte progettuali dell’edificio: il primo la ricerca del centro delle rigidezze per capire se fossero utili alcune scelte progettuali e in secondo luogo la progettazione delle mensole molto aggettanti.
Avendo scelto in fase progettuale di creare un vano ascensore composto da setti, si è dovuto provare la
staticità dell’edificio in caso di sisma per verificare che il decentramento dello stesso non creasse problemi
alla rigidezza torsionale della struttura. Verificato che questo in realtà accadeva si è arrivati alla scelta
di inserire un altro setto nella metà in cui mancava stabilità per controbilanciare la rotazione degli impalcati
dell’edificio.
Nella situazione iniziale il centro delle rigidezze era vicino alla posizione del vano ascensore e quindi decentrato e lontano dal centro di massa. L’inserimento del setto ha sbilanciato il centro delle rigidezze dalla
parte opposta del vano ascensore non risolvendo il problema.

Contemporaneamente sono state verificate allo SLU le travi inflesse e allo SLE le mensole. Questo ha
condotto alla verifica delle travi predimensionate mentre le seconde superavano il limite di abbassamento.
Ne consegue che per non far abbassare le mensole esse sono state inspessite, facendo gravare il momento
nel nodo strutturale principalmente su pilastro e mensola.

Questo problema ha portato alla necessità di aumentare anche la sezione delle travi rendendo inoltre
quella delle mensole variabile.
Rifacendo le due verifiche per l’abbassamento delle mensole ora venivano verificate.

Sul predimensionamento fatto in precendenza si sono andati a verificare i pilastri.
Si è eseguita quindi la verifica a pressoflessione che necessitava dello studio dell’azione delle forze orizzontali
sulla struttura. Considerando che l’edificio è regolare sia nella conformazione planimetrica che in alzato è stato possibile studiare il comportamento della struttura attraverso analisi statiche equivalenti.
E’ stata quindi calcolata la forza sismica (Fs) da applicare nel centro delle rigidezze di ogni impalcato e
verificata la resistenza di essa dei pilastri più sollecitati.

Avendo constatato che il peso della struttura era diventato molto ingente tra la sezione dei pilastri, la
presenza dei setti e la consistenza delle mensole uscendo fuori dal modello Shear Type, si è deciso di
provare a rimuovere i setti compiendo di nuovo tutte le verifiche.
Essendo esse ancora verificate, oltre a snellire l’intera struttura si è risolto un problema lasciato a monte
ossia la coincidenza del centro delle rigidezze con quello delle masse con una riduzione proporzionale
anche della forza sismica.
Si è ottenuto quindi un modello strutturale che, non presentando sezioni sovradimensionate e ottimizzando
il materiale, risulta ora verificato.

PREDIMENSIONAMENTO DI UN EDIFICIO SPORTIVO E CULTURALE

Stud. Sara Guarany, Simone Francescangeli

Riportiamo quanto elaborato durante il corso per arrivare ad un predimensionamento della struttura della palestra presente nel centro culturale e sportivo oggetto dei passati laboratori di progettazione; in allegato si trovano le tavole del progetto architettonico preliminare, le tavole di piante e sezioni strutturali, la relazione progettuale che riporta i passaggi del lavoro svolto.

Progetto strutturale del Mos Maiorum - Hotel & Spa in Via Giulia, Roma

Riportiamo i passaggi principali utili al dimensionamento e alle verifiche dell’edificio illustrato nella parte 1 del blog. Si rimanda alla relazione tecnica in allegato per le informazioni più specifiche sui procedimenti adottati.

TIPOLOGIA STRUTTURALE: Telai piani in cemento armato + graticcio

SCELTA DEI MATERIALI

CALCESTRUZZO               ACCIAIO

Classe C35/45                  B450c – barra ad aderenza migliorata

Classe C50/60 

ANALISI DEI CARICHI

Il Qa per la funzione residenziale (hotel) vale 2,00 kN/m2. L’analisi dei carichi si riferisce al solaio tipo dei piani interni del complesso alberghiero. Il carico totale a metro quadro sul solaio deriva da combinazioni di carico, allo SLU o allo SLE.

TRAVI 

• Tensione massima della trave = tensione di progetto del materiale.

• Modello di una trave doppiamente appoggiata, il cui momento massimo - nella sezione di mezzeria - vale Mmax = ql²/8. 

TRAVI A SBALZO 

• Tensione massima della trave = tensione di progetto del materiale.

• Modello di una mensola, dove il momento massimo - nella sezione di incastro - vale 

Mmax = ql^2/2.

• Verifica a deformabilità allo Stato Limite di Esercizio

Sia allo SLU che al Sisma, gli elementi strutturali sono stati verificati nelle modalità di seguito descritte.

-TRAVI PRINCIPALI, SECONDARIE, SBALZI - VERIFICA A FLESSIONE

Il valore massimo del momento flettente estrapolato da Sap (Element forces frames, M3) viene confrontato con il valore di sollecitazione con cui sono state progettate le travi. 

Gli sbalzi sono ulteriormente verificati allo SLE, per controllare che l’abbassamento massimo rispetti i limiti relativi all’esercizio della struttura. 

-PILASTRI - VERIFICA A PRESSO-FLESSIONE

Per ogni tipologia di sezione adottata nei diversi piani, vengono estrapolati i seguenti valori di sollecitazioni, funzionali a verificare più situazioni possibili:

• Nmax

• N max e M associato

• M max e N associato

• N medio e M medio dello stesso elemento

-SETTI - VERIFICA A COMPRESSIONE

Dalla somma delle Joint Reactions alla base dei setti è stato ottenuto il valore di sforzo normale di compressione. Il valore di tensione - pari al rapporto tra lo sforzo normale così calcolato e l’area del setto in esame - è stato confrontato con la tensione di progetto del calcestruzzo.

GRATICCIO

Si tratta di un sistema di travi disposte perpendicolarmente tra loro, che collaborano tra loro alla pari, cioè senza una gerarchia. Le travi, infatti, hanno la stessa dimensione nelle due direzioni. Il graticcio ha una serie di appoggi puntuali collocati tra i reperti archeologici, e su di esso si imposta il Corpo 3, con la struttura a telai piani in cemento armato e un passo regolare. Le travi sono state definite con un interasse di 1,5 m, in entrambe le direzioni.

La struttura così descritta è stata modellata in Sap 2000, a partire da una sezione di primo tentativo per le travi - di 30x150 cm - per poi caricare i nodi e progettare le travi con il momento flettente che ne deriva. Ciascun nodo del graticcio è stato caricato in base alla propria area di influenza.

-Tipologia Costruttiva:                                          graticcio di travi in cemento armato

-Materiali:                                                

acciaio B450 C                                                        fyk = 450 N/mm²       fyd = 391,30 N/mm²

calcestruzzo C50/60                                              fck = 60  N/mm²        fcd = 28,33N/mm²

-Forze sui nodi                       

nodi centrali                                                            198,08 kN

nodi di bordo                                                         99,04 kN                

-Trave:

luce                                                                          l = 1,5 m

TRAVI PRIMO TENTATIVO  30x150 cm

La sezione della trave di primo tentativo copre il momento massimo estrapolato dal modello Sap con la combinazione di forze verticali + peso proprio, pertanto risulta verificata.

Dalla verifica agli SLE l’abbassamento delle travi del graticcio, risulta 3,70 mm,  inferiore a 1/250 della distanza massima tra due appoggi.

Per i pilastri - a sostegno del graticcio - è stata considerata una sezione di primo dimensionamento di 70x70 cm. Dalla verifica a pressoflessione - per coppie di sollecitazione estratte dal Sap - risulta una sezione verificata di 90x90 cm.

Progetto strutturale del Mos Maiorum - Hotel & Spa in Via Giulia, Roma

1. DESCRIZIONE GENERALE

Il progetto in esame è il Mos Maiorum - Hotel & Spa, un complesso alberghiero situato in via Giulia, a Roma. Il progetto si compone di un corpo ad L con funzione principale di albergo.

Una campagna di  scavi archeologici ha riportato alla luce diversi reperti, alcuni dei quali - considerati di pregio e dunque da mantenere in loco -  costituiscono un vincolo progettuale.

2. TIPOLOGIA STRUTTURALE

La struttura risponde alle esigenze funzionali dell’edificio, che richiede una  scansione di camere di metrature omogenee in base alla categoria, a partire dalla ripetizione di un modulo base, cioè il passo strutturale. Questa organizzazione modulare consente la regolarità della distribuzione  e allo stesso tempo una grande versatilità a livello di combinazione delle camere. 

La tipologia strutturale adottata per questo progetto è quella dei telai piani in cemento armato, che ben si presta alle esigenze descritte. 

Il fabbricato ad L è stato suddiviso attraverso giunti strutturali in 3 corpi, poi studiati separatamente. La divisione, oltre a rispettare il rapporto 4:1 tra i lati, è stata effettuata in modo tale da avere sistemi più regolari possibile, adattandosi alle diverse esigenze distributive interne e alle tipologie di terreno presenti, in quanto una porzione consistente è interessata dalla presenza dei resti archeologici.

Il corpo 1 presenta un passo strutturale regolare di 4,5 m e non è dotato di vani scala/ascensore, in quanto è servito da quelli presenti nel corpo 2. E’ presente un aggetto di 1,5 m sul lato interno, che ospita balconi di pertinenza delle camere.

Il corpo 2, infatti, ha due vani scala/ascensore verso le estremità, che distribuiscono tutte le camere del braccio ortogonale a via Giulia. Il passo strutturale prosegue anche qui ogni 4,50 m con l’aggetto di 1,5 m - sul lato della piazza interna - adibito sempre a balcone per le camere.  

Il posizionamento dei setti portanti in cemento armato ha risposto, oltre alle esigenze distributive,  anche alla necessità di una adeguata distribuzione delle rigidezze sugli impalcati. E’ stato usato il setto - che accoglie anche la trave a ginocchio della scala -  invece di una gabbia ascensore, che sarebbe stata più difficile da realizzare in cantiere.

Il corpo 3 - che si sviluppa lungo via Giulia - è dotato di un vano scala/ascensore - dalla tecnologia leggera, illustrata più avanti -  collocato in posizione centrale e adibito alla distribuzione delle camere. Qui la struttura è basata su un passo di 4,5 m in entrambe le direzioni, definendo maglie quadrate che si impostano sul graticcio.

Il braccio su via Giulia è quello interessato dalle preesistenze archeologiche. Pertanto si è optato per una struttura a graticcio, sempre in cemento armato, per poter collocare un numero ridotto di appoggi tra i reperti archeologici, e ripartire poi in alzato con un passo strutturale regolare.

Il corpo 3 è stato studiato per fare in modo che la struttura del vano ascensore non gravi eccessivamente sulle travi del graticcio. Infatti, a causa della presenza dei reperti archeologici, non è possibile far arrivare alla quota del terreno il vano ascensore, interrompendo la maglia del graticcio. Dovendo dunque scaricare anch’esso il peso sulle travi del graticcio, è stata individuata una soluzione tecnologica piuttosto leggera. 

Si tratta di un castelletto ascensore della DomusLift, che offre una grande flessibilità applicativa e un interessante contributo estetico al progetto.

L’incastellatura in alluminio anodizzato, leggera e resistente, consente di collocare l’ascensore sulle travi del graticcio, vincolandolo nei piani superiori alle travi o ai solai. La struttura infatti è autoportante, ma necessita di essere ancorata agli elementi strutturali dell’edificio, per garantire la sua stabilità ed evitare il ribaltamento.  Dalle immagini si evince la tecnologia del corpo ascensore. Si è scelta la soluzione vetrata, per offrire una vista panoramica sulla piazza, conferendo anche una grande qualità architettonica alla zona di attesa.

In allegato le tavole di progetto.