Esercitazione

Esercitazione

DIMENSIONAMENTO TRAVE

            impalcato in esame

                   INTERASSE= 6m    LUCE TRAVE= 7m    AREA INFLUENZA= 42

Ipotizzando che la struttura assume la funzione di civile abitazione, come carico d'esercizio,
Qa, assumo il valore dato di 2kN/mq, riportato nella seguente tabella, contenuta nelle
norme tecniche del degreto legislativo in materia, attualmente vigente in Italia.

           TRAVE IN ACCIAIO 

                                                         

CARICHI PERMANENTI NON STRUTTURALI        Qp= 3,11 KN/mq                                                                  
 
- pavimento                                 (40 KN/mc x 0,01 m)= 0,4 KN/mq
- massetto                                   (18 KN/mc x 0,04 m)= 0,7 KN/mq
-controsoffitto rivestito in gesso                                  =0,11 KN/mq
- intonaco                                    (20 KN/mc x 0,02 m)= 0,4 KN/mq
- tramezzi                                                                       1,0 KN/mq

- impianti                                                                         0,5 KN/mq

 

CARICHI PERMANENTI STRUTTURALI             Qs=2,87 KN/mq                                                                      

- lamiera A55/P600                                                  1,15 KN/mq        
- travetti IPE 160                                                     0,15 KN/mq                              
- soletta (ps C.A. x spess.soletta + ps C.A. x h lamiera x 0.5)                        
               (25 KN/mc x 0,035m+25 KN/mc x0,055m x 0,5)
                                                                                =                                                                              =1,57 KN/mq
 
ipotizzando la base della trave di una larghezza di 30 cm, il valore di progetto dell'altezza della trave è uguale a 41 cm.
 
 
prendendo in considerazione il valore del modulo di resistenza elastica della trave progettata,
posso scegliere dal sagomario dei profilati quella con un modulo di resistenza elastica maggiore,
quindi siccome Wx della trave progettata è 1435,15 il profilo da utilizzare è una trave IPE 450.
 

        TRAVE IN LEGNO

                                                                                                                            

CARICHI PERMANENTI STRUTTURAli                                                           Qs=0.40 kN/mq

- tavolato in legno dirovere dello spessore di 3 cm                  (8,0KN/mc X 0,03)= 0,24 KN/mq
- travetti in legno di rovere di dim. 10 cm X 10 cm (8,0 KN/mc x0,1m x0,1m/0,5m)=0,16 KN/mq
 
 
CARICHI PERMANENTI NON STRUTTURALI                     Qp=2,6 KN/mq
 
- pavimento                                               (40 KN/mc x 0,01 m)= 0,4 KN/mq
- massetto                                                 (18 KN/mc x 0,04 m)= 0,7 KN/mq
- impianti                                                                                       0,5  KN/mq                                                                 
- tramezzi                                                                                      1,0 KN/mq
 
ipotizzando una base della trave di  30 cm, grazie al foglio di calcolo exel, conosciamo
l'altezza di progetto della trave che è di 45,5 cm circa
 
 
 

 TRAVE IN CEMENTO ARMATO 

   
 
CARICHI PERMANENTI STRUTTURALI                                                         Qs=2,8 KN/mq
 
- soletta  (ps C.A. x spess.soletta = 25 KN/mc x 0,04 m)=                                     1,0 KN/mq
- travetti   (psC.A x base travetto x h travetto x 2=25 KN/mc x0,1m x 0,16m x2= 0,8 KN/mq
- laterizI(ps laterizi xbaselaterizio x h laterizio x 2= 8KN/mc x 0,2 m x 0,16m x2)=1,0 KN/mq
 
 
 
 
 
CARICHI PERMANENTI NON STRUTTURALI    Qp=3,3 KN/mq
 
- pavimento                        (40 KN/mc x 0,01 m)=      0,4 KN/mq
- massetto                         (18 KN/mc x 0,04 m)=       0,7 KN/mq
- impianti                                                                     0,5 KN/mq
- tramezzi                                                                    1,0 KN/mq
 
 
ipotizzando una base della trave di 30 cmq, il valore di progetto di h della trave è di 41,85 cm
 
 

Esercitazione travi reticolari

 

Risolvere la struttura reticolare asimmetrica

La travatura reticolare è una struttura composta da un insieme di aste complanari, vincolata ai nodi in modo da costituire un elemento resistente e indeformabile. È costituita da due elementi continui chiamati correnti, e da un’anima scomposta da elementi lineari. Gli elementi verticali vengono chiamati montanti, quelli inclinati diagonali.

Nel nostro caso ci troviamo di fronte ad una struttura reticolare asimmetrica. Le aste sono collegate tra di loro da cerniere interne. Nella verifica di questa struttura trascuriamo il peso proprio delle travi e calcoleremo solo le sollecitazioni dovute alle forze concentrate, avremmo cosi solo sforzi assiali sulle aste.

_Verifica dell’isostaticita della struttura

La struttura è isostatica se il numero dei gradi di libertà è uguale a quelli di vincolo.

L= gradi di libertà, si calcolano moltiplicando il numero delle aste per il numero dei gradi di libertà di ciascun elemento in un piano, cioè 3.

Quindi L= 11*3=33

V= gradi di vincolo, si calcolano moltiplicando i vincoli interni per quelli esterni

V=Ve+Vi        Ve=3(dovuti al carrello e alla cerniera)

Vi=2*(n-1)    n= numero delle aste

Vi    AG   n=2  2*(2-1)=2

       BDE  n=3  2*(3-1)=4

       F      n=4  2*(4-1)=6

       C      n=5  2*(5-1)=8

Vi= 2*2+4*3+6+8=30

V=3+30=33                 V=L quindi la struttura è isostatica

 

_Calcolo delle azzioni di contatto

HB+HG=0               HB=-HG----› 30kN

VB-F-F=0                 VB=20 KN

MB--› -F*1m-F*2m+HG*1m=0

HG*m=10KN*m+20KN*m---›30KN

 

_Calcolo delle azioni di contatto

Calcoliamo le forze lungo le aste con il metodo dei nodi.

Tenendo in considerazione che le aste sono soggette al solo sforzo normale possiamo procedere in 2 modi.

1-Equilibrio al nodo, scomponendo le forze che agiscono su ogni nodo e applicando le equazioni di bilancio alla traslazione orizzontale e verticale.

2-con il metodo geometrico utilizzando la regola del parallelogramma per scomporre le forze.

Nodo A

 

Il nodo è scarico

Nodo B

∑Fx=0 à30kn + N3√2/2 +N4                  N4=-30+20= -10kn

∑Fy=0 à20kn +N3√2/2 = 0                    N3= -20√2kn

 

Nodo D

L’asta 5 è scarica, l’asta 6 deve dare un carico opposto a quello dell’asta 4

 

Nodo C

∑Fx=0 àN8+N7√2/2+20   à   N8+10kn+20kn àN8=-30kn

∑Fy=0 à-10kn-N7√2/2+20kn                          àN7=10√2 kn

 

Nodo F

L’asta 11 è scarica, l’asta 9 è compressa N9=10kn

 

Nodo G

 

_Verifica della struttura con il SAP

 

 

Risolvere la struttura reticolare simmetrica

Con il metodo delle sezioni

_Verifica dell’isostaticità

V=L

L=11*3=33

V=Ve+Vi             

Vi à  BG    n=2  2*(2-1)=2

       AF    n=3  2*(3-1)=4

         CDE  n=4  2*(4-1)=6

Vi=2*2+4*2+6*3=30

Ve=3

V=3+30=33  Verificata

 

_Verifica dell’isostaticità

La trave è simmetrica quindi le reazioni vincolari sono

VB+VG+20KN+20KN+20KN  à  VB=30KN=VG

 

_Calcolare le azioni di contatto

 

Le azzioni di contatto si calcolano attraverso il sistema delle sezioni di Ritter.

La sezione di Ritter è una sezione che divide in 2 òa struttura tagliando tre aste non convergenti nello stesso nodo.

 

Sezione 1

Mc=N4*(2m)-20kn*(2m)+30kn*(4m) àN4=-40kn

MA=30kn*(2m)-N2*(2m)=0               àN2=30kn

Per calcolare N3 faccio l’equilibrio alla traslazione verticale considerando la componente verticale

30kn-20kn-N2√2/2=0   à  N3=14,14kn

 

Sezione 2

30kn+N4√2/2=0  à  N4=-42,4kn

 

Sezione 3

MD=N6*(2m)-20kn(4m)+30*(6m)  à  N6=50kn

N7√2/2+30kn-20kn=0  à  N7=-14,14kn

Sfruttando la proprietà di simmetria si possono calcolare le restanti azzioni sulle aste.

 

_Verifica della struttura con il SAP

 

TRAVE RETICOLARE SIMMETRICA

(la simmetricità della struttura ci permette di trovare subito le reazioni nei nodi esterni)

Verifico l'isostaticità: l=V

Ho a disposizione due metodi:

Per calcolare i gradi di libertà in ogni nodo: 2(n-1) dove n è il numero delle aste in quella cerniera! 

A-H=2     

B-G=4               ====> Vi= 2+2+4+4+6+6+6= 30

C-D-E=6

 

V=VE+Vi

VE=3 (vincoli esterni)

Vi=30(vincoli interni)

V=33 ======>   l=11x3=33 - V=3

l=V ISOSTATICA!

metodo alternativoetper verificare l'isostaticità: 

VE+a (aste) = 2xnodi

3+11=2x7 -------> 14=14 

Con questo metodo abbiamo verificato l'isostaticità, ma NON SAPPIAMO ogni nodo quanti gradi toglie.

Procedo sezionando la trave in corrispondenza di aste che convergono nello stesso nodo:

 

Posso fare l'equilibrio nelle singole sezioni ricavate:

SEZIONE 1

Ipotizziamo la positività. Se il risultato è negativo, cambiamo il verso. 

Facendo l'equilibrio intorno a C , possiamo ricavare N1: -3/2(l) + F(l) - N1(l) ====> N1=-2F

L'asta appare compressa

Facendo l'equilibrio intorno a B possiamo ricavare N3: -3/2 F(l) + N3 (l) ====> N3=3/2F

La trave appare tesa.

Per quanto riguarda N2, facciamo la scomposizione delle forse, come diagonale di un quadrato:

 

quindi N2= -F/2 x radice di 2 x radice di 2= F radice di 2/ 2

la trave appare tesa

 

SEZIONE 2 

N3 è nota dalla sezione precedente, quindi sarà sufficiente conoscere N4. N4 presenta le stesse condizioni della N2 precedente, quindi la scomponiamo come diagonale di un quadrato, e otteniamo: 

N4= -3/2 F radice di 2

L'asta appare compressa

SEZIONE 3

 

Conosciamo N1, possiamo fare la rotazione in D per ottenere N5: N5 (l) + F "2l)- 3/2 F (3l) = 0 ====>N5=5/2F

l'asta appare tesa

 

Facendo l'equilibrio verticale,e utilizzando il metodo della scomposizione, ricaviamo N6=Fradice di 2 / 2 

L'asta appare tesa

 

 

Saluti

 

Mimmo Piergiacomi

 

 

 

 

 

 

DIMENSIONAMENTO DI UNA TRAVE

ACCIAIO

Analisi dei carichi:

Azioni permanenti NON strutturali

-Massetto (spessore:10cm) = 1,6KN/mq

-Pavimento (marmo) = 0,80 KN/mq

-intonaco=0,30 KN/mq

-divisori (forfettariamente al mq) = 1,20KN/mq

TOTALE: Qp=3,90 KN/mq

Azioni permanenti strutturali

(solaio in lamiera gracata)

-Lamiera grecata (h=75cm;S=1mm) da catalogo = 0,14KN/mq

-Soletta in CLS alleggerito = 0,93KN/mq

TOTALE: Qs=1,07 KN/mq

Azioni variabili

-Destinazione d'uso: biblioteca 

TOTALE: Qa=6KN/mq

La somma dei carichi sarà il valore al quale la trave si dovrà "opporre" (considerando anche i coefficienti di sicurezza),

a questo sommeremo il peso della struttura. 

Dalla tabella dei profilati metallici, scelgo un IPE che abbia un Wx maggiore di quella ricavata:

IPE 360 (Wx 903 cm3 > 840,26cm3) 
Verifichiamo la scelta della trave, andando ad agiungere il peso della trave (a volte trascurabile)
in questo caso: 57,1kg/m = 0,57 KN/mq
 
 
IPE 360 (Wx 903 cm3 > 883,91cm3)
 
LEGNO
 
Analisi dei carichi:
 
Azioni permanenti NON strutturali
 
Rimangono invariate nella scelta della composizione:
TOTALE: Qp=3,90 KN/mq
 
Azioni permanenti strutturali
 
-Solaio in legno = 0,7 KN/mq
TOTALE: Qa=0,7 KN/mq
 

Azioni variabili

-Destinazione d'uso: biblioteca 

TOTALE: Qa=6KN/mq

Il caso del legno coinvolge problematiche non presenti negli altri materiali. Infatti nei fattori di dimensionamento dobbiamo considerare la classe del legno, la durata del carico, la classe di servizio (umidità). 

Aumento la sezione della base per creare una proporsionalità adeguata. 

In questo caso scelgo un legno massiccio, di abete, classe (GL24h), durata carico 10anni più (permanente), classe di servizio 2a(umidità 85%)

Il peso della trave si esprime quindi in 0,9KN/m.

Il progetto della trave ha dato risultati di 30cmx48,26.

Adotterò una trave 30x50 arrotondando per eccesso.

 

CALCESTRUZZO

 

Analisi dei carichi:

Azioni permanenti NON strutturali

 

Rimangono invariate nella scelta della composizione:
TOTALE: Qp=3,90 KN/mq

Azioni permanenti strutturali

(solaio in latero cemento)

-Soletta

-Travetti C.A.

-Laterizi

TOTALE: Qs=3,00 KN/mq

Azioni variabili

-Destinazione d'uso: biblioteca 

TOTALE: Qa=6KN/mq

Il peso proprio nelle strutture in calcestruzzo è un aspetto che influisce tantissimo sulla quantità dei carichi. 

La dimensione della trave sara di 40X50 arrotondando per eccesso.

CONSIDERAZIONI FINALI:

lo strumento excel permette di dimensionare e verificare parti strutturali in maniera molto veloce. Per comprendere le enormi capacità semplificative (in termini di calcolo e di tempo) ho risolto la struttura calcolandola come avrei fatto prima di conoscere lo strumento. 

il procedimento e i coefficienti utilizzati, sono quelli che ho appreso durante la laurea triennale.

Il corso era "tecniche della costruzione", tenuto dal prof. Alessandro Zona,

alla facoltà di "scienze dell'architettura" di Camerino.

I risultati saranno diversi in quanto alcuni coefficienti di sicurezza sono diversi e per procedure di calcolo diverse.

Allego il file in quanto alcune parti sono state scritte su "microsoft equation" e non sono riconosciute dal sito.

Saluti

Mimmo Piergiacomi

 

 

 

 
 
 

ESERCITAZIONI PROGETTAZIONE STRUTTURALE

ESERCITAZIONE 1 - DIMENSIONAMENTO DI TRAVI INFLESSE IN ACCIAIO, LEGNO E CLS

 

Con il mio collega  di laboratorio 2M, Marco Vanetti abbiamo deciso per ovvia comodità di lavorare assieme nel calcolo del dimensionamento delle travi che comporranno la struttura della nostra biblioteca. In particolar modo è stato scelto come caso di studio il dimensionamento della trave più sollecitata nel punto più delicato del complesso architettonico, ovvero la sala conferenze, con una campata di oltre 10 mt. per ovvi problemi legati alla fruizione interna e alla gestione delle funzioni ad essa connesse.

 

 

SOVRACCARICO PERMANENTE

Vorremmo avere nel caso di acciaio e legno un identico tipo di solaio, per cui dopo aver definito la stratigrafia, che segue, abbiamo calcolato il peso proprio per metro quadro del solaio e successivamente i carichi accidentali e permanenti.

 

 

  • 15 mm – Parquet

  • 40 mm - Isolante con listelli di legno

  • 100 mm - Getto collaborante con rete elettrosaldata

  • 57 mm – Tavole di Xlam a 5 strati incrociati

 

Per calcolare il peso unitario del solaio è necessario trovare le masse volumiche degli elementi che compongono i singoli strati. Per lo strato "isolante con listelli di legno" è sufficiente fare una media ponderata tra la massa volumica del legno e quella dell'isolante.

 

Masse volumiche:

 

    • Parquet chiaro : 720 kg/mc

    • Listelli di legno : 500 kg/mc - Isolante : 80 kg/mc

    • Getto collaborante : 1800 kg/mc

    • Rete elettrosaldata : 2.98 kg/mq

    • Xlam : 700 kg/mc

 

Per ottenere il valore unitario a metro quadro è sufficiente moltiplicare la massa volumica per lo spessore, in modo tale da ottenere la massa per ogni metro quadro.

 

Quindi avremo :

 

    • Parquet chiaro : 720 * 0.015 = 10.8 kg/mq

    • Listelli di legno : 500 * 0,04 = 20 kg/mq - Isolante : 80 *0.04 = 3.2 kg/mq

Supponendo i listelli ogni metro di pavimento avremo per ogni metro quadrato di pavimento il 96% di isolante e il 4% di listelli, quindi un totale di 20 * 0.04+3.2 * 0,96 = 3.872 kg/mq per l'intero strato.

 

    • Getto collaborante : 1800 *0.1 = 180 kg/mq

    • Rete elettrosaldata : 2.98 kg/mq

    • Xlam : 700 * 0.057 = 39.9 kg/mq

 

E' sufficiente fare la somma quindi per ottenere il peso del solaio per ogni metro quadrato, quindi:

 

qp = 10.8 + 3.872 + 180 + 2.98 + 39.9 = 237.552 kg/mq = 2,33 kN/mq

 

Questo è il peso totale del solaio, senza distinzione tra carico permanente strutturale e non strutturale. Non considerandolo come unicum ma diviso tra i due campi, si scomporrebbe nel seguente modo:

Carico permanente strutturale qs = Xlam + getto collaborante = 222,88 kg/mq = 2.186 kN/mq

Carico perm. non strutturale qpSolaio =Parquet + isolante + listelli = 14.58 kg/mq= 0.143 kN/mq

Tuttavia è ancora necessario andare a definire l'orditura dei travetti che collegano una trave principale all'altra e che reggono i pannelli in Xlam. L'XLam di 5,7 cm regge bene fino a luci di anche 8 metri, ma vista la destinazione d'uso andiamo a definire una maglia orizzontale di 4 m.

 

 

ACCIAIO:

 

Quindi a gravare ulteriormente sul carico permanente della trave principale ci saranno due ulteriori travi perpendicolari ad essa.

 

Pensiamo di utilizzare degli scatolati quadrati.

E' corretto come criterio progettuale andare prima a calcolare le dimensioni degli scatolati perpendicolari piuttosto che ipotizzarne un paio generici che pesano sulla nostra trave, anche perchè il peso potrebbe variare notevolmente tra una scelta e l'altra.

Per cui scegliamo l'area di pertinenza più grossa, ovvero quella evidenziata in giallo. La luce sarà di 6.93 m, mentre l'interasse come visto è di 4m. L'area di influenza è quindi 27.72 mq, per un peso totale di 2.33 kN/mq * 27.72 mq = 64.68 kN che gravano sullo scatolato.

 

 

Da questi valori vediamo come sia necessaria una Wx di 787 cm^3 almeno per poter garantire il corretto funzionamento dell'orditura secondaria. Andiamo a cercare tra i vari tipi di trave d'acciaio forniti da www.Oppo.it .

 

HEA: 836 cm^3 è il valore superiore più vicino a quello da noi cercato, e corrisponde a una   HEA 260, quindi alta 260 mm e larga 250 mm. Pesa 68.2 kg/m

HEB: 938 cm^3 per una HEB 240, larga e alta 240mm. Pesa 83.2 kg/m.

HEM: 967 cm^3 per una HEM200, alta 220mm e larga 206mm. Pesa 103 kg/m.

SCATOLATO QUADRO: 1085 cm^3 per una larghezza/altezza di 300mm e un peso di 91.1 kg/m

 

Lo scatolato a sezione rettangolare non raggiunge la resistenza da noi richiesta quindi è da escludere. Per vantaggio sia in termini di peso che in termini di dimensioni scegliamo l'HEA.

 

Ora è necessario andare a calcolare tra i carichi permanenti non strutturali il peso incidente dei tramezzi al piano superiore, ma prima bisogna scegliere la trave da analizzare e definire l'area di influenza di essa, in modo poi da porre considerazioni sull'incidenza dei tramezzi soprastanti.

Essendo che andrebbe considerato anche il peso stesso della trave, ma è proprio la cosa da valutare, per ora porremo solamente un tipo di trave come esempio per il calcolo delle sollecitazioni e andremo poi a sostituire in base al valore di Wx la trave adatta.

 

Scegliamo la trave con la campata più problematica, quella che affaccia sulla sala conferenze, con una campata di 11.7 m. L'area di pertinenza è quella che va dalla metà della porzione di solaio alla sua destra e alla sua sinistra, perchè in linea di massima andranno a pesare completamente sulla trave più vicina.

La distanza tra la trave in analisi e quella alla sua sinistra è di 5.81 m, con quella alla sua destra 6.93 m. L'interasse quindi è 5.81/2 + 6.93/2 = 6.37 m. L'area di influenza è di 74.63 mq.

Nel nostro caso abbiamo che al piano superiore non c'è incidenza di tramezzi, per cui non ci sarà un ulteriore carico permanente a gravare sulla trave.

Abbiamo quindi tutti gli elementi necessari per compilare la tabella per avere il valore di Wx necessario a capire quale trave in acciaio scegliere.

E' necessario aggiungere a quanto calcolato precedentemente il peso delle travi HEA perpendicolari. Sapendo che l'area di influenza è la seguente:

 

sappiamo che dovremo prendere in considerazione il peso dato da due travi HEA alte 260mm per una lunghezza totale pari alla larghezza dell'area di influenza. Quindi moltiplichiamo il peso lineare di 68.2 kg/m * 6.37m = 434.434 kg. Per avere il valore di peso unitario è sufficiente dividere per l'area di influenza, quindi 434.434/74.63= 5.81 kg/mq = 0.057kN/mq.

Andranno sommati quindi ai 2.186 dei carichi strutturali permanenti, per ottenere qp=2.243 KN/mq

 

Per i carichi variabili dobbiamo considerare l'area come luogo affollato (libreria): Qa=500 Kg/mq

---> Qa=5 KN/mq

 

 

Sostituendo come si vede nell'immagine i valori dell'interasse, dei carichi permanenti non strutturali, strutturali e accidentali, e il valore della luce otteniamo una Wx di 3597 cm^3, valore molto alto.
Abbiamo aggiunto al foglio excel delle pagine contenenti i valori di tutte le tipologie note di travi di acciaio fornite da Oppo.it, ovvero le HEA, HEB, IPE, HEM, in modo da avere un rapido raffronto con il valore ottenuto.

Il nostro Wx = 3597 cm^3 va confrontato con le tipologie sopracitate, e prendere ovviamente un valore superiore nel caso della trave scelta.


IPE : Nel caso di una IPE Wx si ferma a 3069 per una trave alta 600mm, quindi dobbiamo escludere questo tipo di trave.

HEA: Il valore più vicino è 4146 cm^3, per una HEA 550, quindi con h=540mm e b=300mm.

HEB: Il valore più vicino è 4287 cm^3, per una HEB 500, quindi con h=500mm e b=300mm.

HEM: Il valore più vicino è 3796 cm^3, per una HEM 320, quindi con h=359mm e b=309mm.

SCATOLATI: Sia gli scatolati rettangolari che quadrati che i tubolari non arrivano a garantire una resistenza Wx di 3569, quindi è da escludere a priori la categoria.

 

La HEM è quella più vantaggiosa come dimensioni totali, solamente che è la più vicina in assoluto come valore di resistenza a quella ottenuta dal nostro calcolo. Vogliamo avere un minimo di tolleranza in più, anche perchè non abbiamo ancora considerato il peso stesso della trave e l'orditura che regge il solaio. Scegliamo quindi la HEB500, che ha un peso di 270kg/m.

 

Il foglio excel ci è servito per il corretto dimensionamento della trave principale, ma non abbiamo calcolato il peso stesso della trave, che è molto importante. Per cui abbiamo preso l'iniziativa di modificare il file excel e aggiungere tre ulteriori colonne, una contenente il peso lineare della trave scelta, uno con il momento risultante aggiungendo il carico della trave stessa e soprattutto il Wx reale, tenendo conto del carico proprio della trave.

 

 

Come vedete il momento aumenta di circa 50 KN*m, ma soprattutto il Wx aumenta di 200 cm^3. Questo aumento potrebbe portare a un cambiamento di scelta per il tipo di trave; noi volutamente abbiamo scelto la trave che ci desse più margine di respiro in vista di un aumento del modulo di resistenza dovuto all'aggiunta del peso proprio, infatti possiamo mantenere la stessa HEB500, che resiste fino a 4287 cm^3!

 

 

LEGNO:

 

Essendo il tipo di stratigrafia equivalente per legno e acciaio senza alcun problema ( solamente nel caso del CLS sarà più una forzatura, ma è voluta al fine di effettuare un utile confronto tra le tipologie di travi), il carico permanente sarà lo stesso, eccezion fatta che per l'orditura secondaria. Sicuramente non siamo in grado di garantire all'Xlam una campata di 4 metri su un travetto di legno lungo 6.93 metri, per cui urge andare a ricalcolare il modulo di resistenza per le travi secondarie in legno, ipotizzando una maglia magari di 3 metri anzichè 4.

 

In questo caso quindi saranno uguali tutti i valori da applicare, carichi compresi, ma cambierà l'interasse, che in questo caso è di 3m.

 

 

Scegliamo quello di classe di resistenza GL36, il più resistente alla trazione generata dalla flessione. Kmod vale 0,5, perchè è un carico permanente, di classe di servizio 3. Come base ci imponiamo 30cm, e l'altezza risultante è di 46.11 cm.

 

Una volta definite le dimensioni dell'orditura secondaria è possibile calcolare il carico da aggiungere alla trave principale lungo la sua area di influenza, e sarà l'area della sezione della trave appena trovata moltiplicata per la larghezza dell'area di influenza per quattro volte.

Peso travi = 0,46*0,3*6,93*500 4* = 1738,4 kg = 17,38 KN.

Dobbiamo ottenere il peso unitario per mq di queste travi, che saranno quindi 17,38/74,63= 0,23 KN/mq.

Quindi andiamo ad aggiungere il carico dovuto alla presenza di travi secondarie al carico permanente, per ottenere il dimensionamento della trave principale.

 

 

Come si vede dal foglio excel, imponendo una base di 50 cm la risultante è un'altezza di 93,1 cm. Ora come nel caso precedente sarebbe possibile calcolare il momento massimo tenendo conto del peso proprio della trave, che ora è noto.

 

 

In questo caso abbiamo nuovamente aggiunto al calcolo 4 colonne, per l'inserimento della massa volumica del tipo di legno scelto, poi per il peso totale della trave, per il momento generato aggiungendo questo carico e infine l'altezza risultante aggiungento il carico proprio della trave principale. In questo caso è notevole la differenza, infatti a parità di base l'altezza passa da 93 a 115 cm, ovvero 22 cm più alta!

 

 

CLS:

 

Il seguente caso è quello che ha richiesto una "forzatura" nella concezione della nostra analisi dimensionale, perchè il tipo di solaio in esame non è solitamente utilizzato associato a una struttura in cemento armato; noi vogliamo mantenerlo anche sulla struttura in CLS per evidenziarne il differente comportamento a fronte di pari sollecitazioni. Inoltre il tipo di solaio solitamente associabile a una struttura in CLS è più pesante di quello in questione, per cui gli output relativi all'altezza della trave saranno persino maggiori nella realtà di quelli uscenti dal foglio di calcolo.

Non abbiamo travi secondarie a gravare sul peso stesso della trave, ma dobbiamo infittire la maglia dei pilastri, per garantire al solaio una luce fattibile in termini di resistenza.

 

In questo caso abbiamo un interasse di 3.5 m, con la stessa luce di 11.7 m. E' sufficiente calcolare l'altezza della trave senza aggiungere carichi aggiuntivi oltre a quello della trave stessa, ma solo in un secondo momento.

Tra gli input immettiamo gli stessi carichi, scegliamo un acciaio S235JR, con una tensione di snervamento di 235 N/mm= fy. Classe di resistenza Rck = 40. Ci poniamo una larghezza desiderata per la trave di 40 cm, e un copriferro di 3 cm.

 

 

 

Il dato uscente è un'altezza di 46,12 cm al netto del ferro. Tuttavia manca il peso proprio della trave nel calcolo per il dimensionamento, per cui abbiamo aggiunto quattro colonne al foglio di calcolo, che vanno a modificare il carico permanente, il momento e di conseguenza l'altezza della trave.

 

 

Come si può vedere l'altezza finale risulta di 49,32 cm, a cui dobbiamo aggiungere 3 cm di copriferro, per l'ingombro totale, ovvero H = 52,32 cm. E' un valore dissimile da quello che la pratica insegna per luci superiori ai 10m, per cui dovremmo avere all'incirca una trave spessa 100 cm. Probabilmente il fattore solaio leggero incide notevolmente sul calcolo finale, oltre che il piccolo interasse che gli abbiamo concesso.

 

 

ESERCITAZIONE 2 - PIASTRA RETICOLARE SPAZIALE

 

1_ Come prima operazione disegno il modulo base in autocad 2d della struttura reticolare con il comando"POLILINEA" nel punto di coordinate 0,0,0 corrispondente all'origine degli assi, ovvero un quadrato di lato 2 a cui sottraggo un lato ed aggiungo una diagonale, andando a creare un nuovo layer che denominerò "ASTE"

 2_Successivamente passo dallo spazio di autocad 2d a una visualizzazione 3d con vista assonometrica e utilizzo il comando "ORBITA" per muovermi con più facilità nelle operazioni successive soprattutto in riferimento agli UCS scelti come assi di riferimento del disegno

 3_ Duplico il modulo di base mediante l'uso del comando "ARRAY" poichè il software Sap2000 non legge la struttura con il comando "COPIA" 

4_Ora disegno le altre diagonali mancanti della struttura e di seguito con il comando "ARRAY" duplico gli elementi in modo tale da avere la piastra reticolare: una volta ultimato il disegno, seleziono il tutto e uso il comando "ESPLODI" perchè in Sap2000 non vengono lette le strutture continue ma solo elementi distinti. Prima di importare la struttura in Sap2000 salvo il file di disegno in formato Dxf 2000

 

5_ Importo adesso il disegno della struttura in Sap2000 facendo attenzione alle unità di misrura da impostare (KN,m,C) e ad assegnare ai telai il layer "ASTE" con cui ho disegnato in autocad.

 

Passaggi : File > Import > Dxf Import > Frames > Aste

 

 

6_Passo alla visualizzazione 3d della struttura ed assegno il vincolo cerniera ai 4 spigoli

 

Passaggi: click su ciascuno dei 4 spigoli > Assign > Joint > Restraints > scelgo il vincolo  

 

7_Ora devo ottenere che i momenti agenti siano nulli all'inizio e alla fine di ciascuna asta, ragion per cui esse sono soggette a solo sforzo normale di trazione o di compressione

 

Passaggi: seleziono la struttura > Assign > Frame > Releases/Partial Fixity > spunto Start ed End di Moment 22 e Moment 33

       

 

8_ Definisco adesso il materiale e la sezione della nostra struttura: scelgo un tubolare d'acciaio

con le caratteristiche di diamentro e di spessore riportate di seguito.

 

Passaggi: Define > Material > Add New Material

              

              Define > Section Properties > Frame Section

 

              seleziono tutto > Assign > Frame > Frame Section

 

9_ Adesso passo alla visualizzaizone sul Piano XY e vado su Display Option > e spunto la voce Frame not in view di modo tale da non visualizzare le aste ma semplicemente i nodi su cui andrò ad assegnare un carico concentrato.

  Andando su Set 2D view posso vedere su quali nodi mi trovo e di conseguenza tale comando mi facilita il controllo generale di tutta la struttura a cui assegnerò dei carichi.

 

10_ Assegno ora il carico concentrato sui nodi superiori della mia struttura, lungo l'asse z, trovandomi appunto sul piano XY

 

 

 

Passaggi: Define > Load Patterns > creo una nuova forza che chiamo "CONCENTRATA" (moltiplicatore 0)

 

seleziono tutto > Assign > Load Patterns > CONCENTRATA Asse Z = -40 KN

 

 

 

11_ Per concludere avvio il procedimento di calcolo della deformata della nostra struttura, facendo attenzione di tenere in considerazione come forza solo "CONCENTRATA" e non gli altri carichi (Dead).

 

Posso visualizzare infine ,oltre al grafico della deformata, anche il diagramma dei valori dello sforzo assiale positivi (giallo) e negativi (rosso).

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