ES. 2 - Progetto e verifica di un Telaio in calcestruzzo armato

Lo scopo di questa esercitazione è quello di dimensionare gli elementi componenti di un telaio in calcestruzzo armato (mensole, travi e pilastri).  La struttura presa in esame è composta da 4 piani fuoriterra e prevede un uso di tipo residenziale.

Il primo passo che abbiamo fatto per affrontare questa esercitazione è stato disegnare su CAD la pianta della carpenteria di un piano tipo per poi andare a creare il modello 3d della struttura presa in esame. 

ANALISI DEI CARICHI

Per effettuare il predimensionamento degli elementi che compongono il telaio la prima cosa che abbiamo svolto è stata un'analisi dei carichi.

Ipotizzando l'utilizzo di un solaio in latero-cemento abbiamo considerato come carico strutturale permanente (Qs) la somma dei pesi propri di tutti quei elementi che costuituiscono la struttura permanente del solaio: i travetti, le pignatte e la soletta in c.a.
Per il carico permanente non strutturale abbiamo invece considerato tutti quei elementi che sono posizionati sopra al pacchetto strutturale permanente: l'intonaco all'intradosso, il massetto porta impianti, la malta di cemento, la pavimentazione e l'incidenza dei tramezzi.
Il sovraccarico accidentale è definito da normativa in base alla destinazione d'uso, che in questo caso essendo residenziale corrisponde a 2 Kn/m².

Una volta trovati questi valori abbiamo calcolato la combinazione allo Stato Limite Ultimo (Qu), dove:

Qu = (1,3 * Qs) + (1,5 * Qp) + (1,5 * Qa)

PREDIMENSIONAMENTO

• TRAVI
  Per il pre-dimensionamento delle travi la prima cosa che abbiamo fatto è stata definire l'orditura dei solai per capire quali travi fossero principali e quali secondarie.
  
  Una volta divise le travi in due tipologie (principali e secondarie) possiamo determinare i diversi carichi uniformemente distribuiti a cui sono soggette attraverso l'individuazione delle diverse aree di influenza.
  
  
  Ora che sappiamo il carico uniformemente distribuito, applicato su ogni trave, possiamo trovare un momento flettente che si avvicina molto a quello effettivo. Considerando che tutte le travi sono doppiamente incastrate, ipotizziamo che il momento massimo interno alla trave sia   (Qu)L²/12 , valore qualitiativo che sarà molto simile a quello poi esportato dal programma SAP.
  Arrivati a questo punto scegliamo la resistenza del calcestruzzo e dell'armatura interna della trave ipotizzando che entrambi i materiali lavorino alla tensione di progetto. Trovate le resistenze dei materiali possiamo così trovare il parametro β e poi il parametro r sapendo che:
               
  Definendo a priori la base della sezione rettangolare, possiamo esplicitarci l'altezza utile ( hu ) della trave sapendo che:
                                              
  Essendo stato effettuato il calcolo considerando il caso limite delle resistenze del cls e dell'acciaio da carpenteria, il valore dell'altezza utile è il valore minimo da usare per la sezione del progetto. All'altezza utile va sommata l'altezza del copriferro per trovare l'altezza minima di progetto della sezione della trave.
  Definita così la sezione della trave in c.a. troviamo anche il peso proprio della trave stessa che va tenuto in considerazione. 
  
   
• MENSOLE
  Come già mostrato nel disegno delle travi principali, definiamo l'area di influenza delle mensole e così il carico uniformemente distribuito da applicarci.
  Per il pre-dimensionamento delle mensole si effettuano gli stessi passaggi utilizzati per il pre-dimensionamento delle travi sapendo però che il momento massimo di una mensola è (Qu)L²/2, valore qualitativo ma verosimile del momento flettente.
  Definita così la sezione di progetto della mensola in c.a. effettuiamo una verifica agli abbassamenti allo Stato Limite di Esercizio sapendo che l'abbassamento massimo deve essere minore del 2% della distanza dall'appoggio.
  
   
• PILASTRI
  Come per le travi anche per i pilastri calcoliamo l'area di influenza. Vengono così individuate 6 famiglie di pilastri per ogni piano.
  
  A differenza delle travi, per i pilastri dobbiamo trovarci uno carico concentrato e non uniformemente distribuito che tiene conto, oltre che al carico del solaio, del carico delle travi principali e secondarie,. Troviamo così uno sforzo normale ipotetico ma verosimile a cui sono sottoposti i pilastri che ci permette di trovare l'area minima del pilastro affinchè il materiale non entri in crisi. Definiamo ora il valore massimo di snellezza e il valore minimo del raggio d'inerzia sapendo che:
                     
  Possiamo ora trovarci la base minima del nostro pilastro e poi l'altezza minima sapendo che: 
                                                                           
  Dopo aver trovato la sezione effettiva di progetto bisogna verificare a pressoflessione il pilastro imponendo che la tensione massima a cui è sottoposto il pilastro sia minore o uguale alla resistenza effettiva del materiale. 
                                                           
  

MODELLO SAP2000
Dopo aver effettuato il pre-dimensionamento degli elementi costituenti del nostro telaio in c.a. abbiamo importato il modello CAD 3d su SAP2000. Dopo aver assegnato i gruppi ai diversi elementi abbiamo assegnato le sezioni che precedentemnte abbiamo calcolato.

Mettiamo i vincoli esterni e applichiamo i carichi allo stato limite ultimo uniformemnte distribuiti .

Dato che il solaio deve comportarsi come un elemento rigido applichiamo il diaphram agli elementi componenti. Facciamo partire l'analisi ed analizziamo gli sforzi interni.
Deformata

Sforzo normaleMomento 33Momento 22

VERIFICA
Estraiamo le tabelle excel con i valori di sforzo normale, taglio e momento flettente divise in gruppi

Per ogni gruppo prendiamo gli sforzi con i valori più alti e andiamo a verificare le varie sezioni.
PILASTRI

TRAVIMENSOLE

Dalla verifica risulta che dobbiamo aumentare l'altezza della sezione di un gruppo di travi principali di bordo fino a 55cm e delle mensole fino a 50cm.