Esercitazione

Esercitazione

ESERCITAZIONE

Prima Esercitazione

 

Lo scopo dell'esercitazione è quello di dimensionare gli elementi appartenenti ad un telaio piano (ovvero composto da travi che collaborano con i pilastri), di cui sono state precedentemente stabile le dimensioni, in tre differenti tecnologie costruttive: acciaio, calcestruzzo armato e legno.

 

TRAVI

Per poter procedere al dimensionamento delle travi che "compongono" la carpenteria é necessario conoscere il carico q gravante sulle stesse. A tal fine l'analisi dei carichi consente di conoscere l'entità della forza agente sull' elemento, costituita dalla combinazione di tre "tipi" di carico:

CARICO STRUTTURALE(qs): peso proprio di tutti gli elementi strutturali

CARICO PERMANENTE(qp): peso proprio di tutti gli elementi non strutturali, compresa l'incidenza a mq dei tramezzi (1kN/mq) e degli impianti (0,5kN/mq)

CARICO ACCIDENTALE(qa): dipende dalla destinazione d'uso dell'edificio e del solaio stesso.

 

Le seguenti tabelle mostrano rispettivamente l'analisi dei carichi per le tre tecnologie:

Prendendo in analisi un mq di solaio sono stati distinti elementi strutturali da elementi non strutturali e il relativo carico è stato calcolando moltiplicando il peso specifico del materiale (espresso in kN/m3) per la quantità di volume (m3/m2) di materiale stesso contenuta in un mq di solaio.

Per quanto riguarda i carichi accidentali invece, essi sono previsti dalla normativa attualmente vigente (NTC 2008-Norme tecniche per le costruzioni-D.N.14 gennaio 2008) nella quale questi vengono distinti in base alla destinazione d'uso dell'edificio.

Il carico totale a mq di solaio è stato calcolato tramite la formula prevista dalla normativa per la combinazione di carico allo stato limite ultimo:

q=gG1 qs+gG2 qp+ gQ qa

I valori di g (rispettivamente 1,3 per qs e 1,5 per qp qa) rappresentano dei coefficienti di sicurezza che, maggiorando il momento, consentono di tener conto dell'aleatorietà dei valori di carico determinati. Il carico di cui sopra comunque, agisce su 1 mq di solaio, mentre per poter determinare le sollecitazioni agenti sugli elementi strutturali è necessario conoscere il carico agente sulla trave espresso in kN/m.

A questo scopo è stato sufficiente moltiplicare il carico di cui sopra per l'interasse relativo all'area di influenza della trave.

CALOCOLO MOMENTO MASSIMO

Lo schema statico del telaio piano è stato approssimato in ambito di pre dimensionamento a quello di una trave doppiamente appoggiata, quindi il nodo trave pilatro non viene visto come un nodo rigido bensì come un vincolo semplice di appoggio.

La sollecitazione massima flessionale massima è stata quindi calcolata come M= ql2/8.

DIMENSIONAMENTO

 

 

 

CALCOLO SFORZO NORMALE MASSIMO

 

DIMENSIONAMENTO

Una volta ottenuto il valore massimo dello sforzo normale agente sul pilastro, il metodo di pre dimensionamento adottato mira a calcolare i valori di area e momento di inerzia minimi della sezione.

Quindi il calcolo dell'area consiste nell'eguagliare tensioni massime con resistenza a compressione del materiale

 smax = fcd 

N/Amin=fcd  

Per cui l'area minima affinchè non si verifichi lo schiacciamento del materiale risulta essere uguale al rapporto tra sollecitazione e resistenza:

Amin=N/fcd  

Il momento di inerzia minimo di ottiene invece mettendo in relazione  il valore massimo della tensione agente sulla sezione e il valore critico della tensione dell'elemento. Quest'ultimo un particolare è la tensione associata allo sforzo normale critico, il cosiddetto carico critico euleriano, ultimo valore di carico oltre la quale non è più possibile l'equilibrio e si innesca l'instabilità.

Ncritico= p2E Imin /(l β)2

Nell'esercitazione il calcolo del momento di inerzia minimo avviene partendo da tre dati da inserire: il valore del modulo di elasticità E, il valore di β (che tiene conto di come il pilastro è vincolato), e l che è l'altezza del pilastro. Con questi dati è possibile calcolare due importanti parametri: snellezza massima dell'elemento e raggio di inerzia minimo della stesso. Quest'ultimo dato è fondamentale perché nelle sezioni in acciaio consente la scelta del profilo direttamente dal profilario, mentre nel caso di sezioni rettangolari, permette di calcolare la base minima della sezione.

l e r risultano quindi uguali a:

l = p (E/fcd)0,5

rmin= l0/lmax che nelle sezioni rettangolari vale rmin=(1/12b)0.5

Da qui è possibile calcolare la base minima come b=2(3rmin)0,5

 Calcolata la base, il valore dell'altezza è semplicemente pari al rapporto tra area minima e base minima.

Una volta calcolate le dimensioni della sezione il momento di inerzia minimo della stessa viene fornito dai profilari per le sezioni in acciaio, ed è pari a I=bh3/12 per le sezioni rettangolari.

 

Per poter determinare mediante il programma di calcolo “SAP” i valori massimi di sollecitazione agenti sulla struttura prima di tutto occorre disegnarla, assicurandoci di stare lavorando con il sistema di unità di input idoneo.

Abbiamo copiato a questo punto il file tre volte per poter lavorare sulla stessa struttura modificando solo i materiali assegnati. Per ciò che concerne l’acciaio e il calcestruzzo, i materiali sono preinseriti e abbiamo dovuto unicamente selezionare i profili scelti in fase di calcolo, per l’acciaio, e dimensionare correttamente la sezione per il calcestruzzo armato. Diversamente ci siamo dovute comportare per la struttura in legno non essendo, infatti, tale materiale presente nella libreria installata. Abbiamo quindi creato un nuovo materiale specificando la sua natura ortotropa, il peso specifico e il modulo elastico (questi ultimi due cambiano a seconda del tipo di legno).

Sono stati poi inseriti da comando le densità di carico agenti sulle travi. Non abbiamo invece previsto di sottoporre le strutture all’analisi delle sollecitazioni orizzontali causate dall’azione del vento.

Abbiamo quindi ottenuto i seguenti diagrammi:

 

ACCIAIO

  

Diagramma dei momenti sulla trave

 

Diagrammi delle sollecitazioni sulla pilastrata

 

CALCESTRUZZO ARMATO

Diagramma dei momenti sulla trave

Diagrammi delle sollecitazioni sulla pilastrata

 

LEGNO

Diagramma dei momenti sulla trave

Diagrammi delle sollecitazioni sulla pilastrata

 

VERIFICA

Una volta terminata l'analisi in SAP della struttura è stata fatta la verifica degli elementi precedentemente progettati ma sostituendo le sollecitazioni di progetto con quelle ottenute dall'analisi.

Il metodo di verifica utilizzato mette a confronto le tensioni agenti sulla sezione più sollecitata con le tensioni ammissibili.

In generale quindi:

smax ≤ fcd

Per quanto riguarda la trave, la tensione massima è stata calcolata in funzione della sollecitazione massima agente sulla sezione, quindi come il rapporto tra momento massimo e modulo di resistenza a flessione massimo:

smax= Mmax/Wmax

Mmax/Wmax≤ fcd

In riferimento al pilastro invece, la tensione massima è fornita dalle due diverse sollecitazioni agenti sullo stesso, ovvero sforzo normale di compressione e momento flettente trasmesso dalla trave al pilastro.

La tensione massima è quindi pari a:

smax= N/A+Mmax/Wmax

Da cui la verifica di una sezione presso-inflessa:

N/A+Mmax/Wmax≤ fcd

 

   

Forum:

Prima Esercitazione

Lo scopo dell'esercitazione è quello di dimensionare gli elementi appartenenti ad un telaio piano (ovvero composto da travi che collaborano con i pilastri), di cui sono state precedentemente stabile le dimensioni, in tre differenti tecnologie costruttive: acciaio, calcestruzzo armato e legno.

 

TRAVI

Per poter procedere al dimensionamento delle travi che "compongono" la carpenteria é necessario conoscere il carico q gravante sulle stesse. A tal fine l'analisi dei carichi consente di conoscere l'entità della forza agente sull' elemento, costituita dalla combinazione di tre "tipi" di carico:

CARICO STRUTTURALE(qs): peso proprio di tutti gli elementi strutturali

CARICO PERMANENTE(qp): peso proprio di tutti gli elementi non strutturali, compresa l'incidenza a mq dei tramezzi (1kN/mq) e degli impianti (0,5kN/mq)

CARICO ACCIDENTALE(qa): dipende dalla destinazione d'uso dell'edificio e del solaio stesso.

 

Le seguenti tabelle mostrano rispettivamente l'analisi dei carichi per le tre tecnologie:

Prendendo in analisi un mq di solaio sono stati distinti elementi strutturali da elementi non strutturali e il relativo carico è stato calcolando moltiplicando il peso specifico del materiale (espresso in kN/m3) per la quantità di volume (m3/m2) di materiale stesso contenuta in un mq di solaio.

Per quanto riguarda i carichi accidentali invece, essi sono previsti dalla normativa attualmente vigente (NTC 2008-Norme tecniche per le costruzioni-D.N.14 gennaio 2008) nella quale questi vengono distinti in base alla destinazione d'uso dell'edificio.

Il carico totale a mq di solaio è stato calcolato tramite la formula prevista dalla normativa per la combinazione di carico allo stato limite ultimo:

q=gG1 qs+gG2 qp+ gQ qa

I valori di g (rispettivamente 1,3 per qs e 1,5 per qp e qa) rappresentano dei coefficienti di sicurezza che, maggiorando il momento, consentono di tener conto dell'aleatorietà dei valori di carico determinati. Il carico di cui sopra comunque, agisce su 1 mq di solaio, mentre per poter determinare le sollecitazioni agenti sugli elementi strutturali è necessario conoscere il carico agente sulla trave espresso in kN/m.

A questo scopo è stato sufficiente moltiplicare il carico di cui sopra per l'interasse relativo all'area di influenza della trave.

CALOCOLO MOMENTO MASSIMO

Lo schema statico del telaio piano è stato approssimato in ambito di pre dimensionamento a quello di una trave doppiamente appoggiata, quindi il nodo trave pilatro non viene visto come un nodo rigido bensì come un vincolo semplice di appoggio.

La sollecitazione massima flessionale massima è stata quindi calcolata come M= ql2/8.

DIMENSIONAMENTO

Il foglio di calcolo successivo a quello sul momento massimo contiene innanzitutto alcuni dati concernenti la resistenza dei tre materiali.

Per quanto riguarda il legno, date una tecnologia e un classe di resistenza ad esse corrisponde un certo valore di resistenza caratteristica a flessione fmk. La tensione di progetto viene calcolata come previsto dalla normativa:

fd=kmod fm,k/gm

kmod è un valore, dipendente dal tipo di materiale scelto, fornito dalla normativa e costituisce un coefficiente diminutivo dei valori di resistenza del materiale, che tiene in conto l’effetto della durata del carico e delle condizioni di umidità in cui la struttura si troverà ad operare.

gammam è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale.

similmente per l' acciaio, una volta scelto il tipo di acciaio si ha tensione di snervamento caratteristica dello stesso che dipende dalla classe di resistenza dello stesso.

Le tensioni di progetto si calcolano con il rapporto tra la tensione caratteristica e un coefficiente di sicurezza pari a 1,05.

Fed=fyd/gs

Per quanto concerne il calcestruzzo invece, una volta scelta la classe di resistenza dello stesso si calcola la tensione di esercizio delle barre d'acciaio come sopra, mentre la resistenza di progetto del calcestruzzo si può calcolare a partire dalla resistenza a compressione caratteristica tramite la seguente formula:

Fcd=accfck/gc

In cui αcc che rappresenta il coefficiente riduttivo per le resistenze di lunga durata, pari a 0,85; e γC, il coefficiente parziale di sicurezza relativo al calcestruzzo, uguale a 1,5.

Una volta stabiliti le caratteristiche geometriche e di resistenza dei materiali si può passare al dimensionamento della sezione.

Nel caso del legno il metodo di progetto utilizzato prevede che solo l'altezza della sezione sia incognita. Quindi fissata la base, l'altezza si calcola semplicemente:

hmin=(Mmax/b)0,5(6/fd)0,5

 

Anche il metodo di progetto della sezione in acciaio prevede una sola incognita, ovvero il modulo di resistenza minimo a flessione della sezione, che una volta calcolato consente di scegliere la sezione direttamente dal profilario.

Wmin=Mmax/fyd

Trattandosi di una sezione rettangolare, anche per dimensionare la sezione in calcestruzzo bisogna calcolare un altezza (altezza utile) che sommata alla dimensione del coprigiunto darà un'indicazione rispetto l'altezza minima della sezione.

 

CALCOLO SFORZO NORMALE MASSIMO

Il primo passo da compiere per valutare lo sforzo normale agente sul pilastro più sollecitato è il calcolo dell'area d'influenza dello stesso. Il pilastro più sollecitato è uno dei pilastri del piano terra, in particolare quello con l'area di influenza maggiore che è stata calcolata come il prodotto di L1 per L2.

Lo sforzo normale agente su questo pilastro dipende dal carico dovuto al peso proprio delle travi che si poggiamo in testa allo stesso, dal carico del solaio e dal numero di piani dell'edificio.

Il carico dovuto al peso proprio delle travi può vedere calcolato sommando i contributi di ogni trave, ottenuti moltiplicando il loro peso unitario per la L1 e L2.

qtrave=1,3 x ptrave x L

Il carico dovuto al è quello precedentemente calcolato.

A questo punto il carico N di compressione risulta pari a:

N = [qtrave+ qsolaio] x npiani

 

DIMENSIONAMENTO

Una volta ottenuto il valore massimo dello sforzo normale agente sul pilastro, il metodo di pre dimensionamento adottato mira a calcolare i valori di area e momento di inerzia minimi della sezione.

Quindi il calcolo dell'area consiste nell'eguagliare tensioni massime con resistenza a compressione del materiale

 smax = fcd

N/Amin=fcd 

Per cui l'area minima affinchè non si verifichi lo schiacciamento del materiale risulta essere uguale al rapporto tra sollecitazione e resistenza:

Amin=N/fcd 

Il momento di inerzia minimo di ottiene invece mettendo in relazione  il valore massimo della tensione agente sulla sezione e il valore critico della tensione dell'elemento. Quest'ultimo un particolare è la tensione associata allo sforzo normale critico, il cosiddetto carico critico euleriano, ultimo valore di carico oltre la quale non è più possibile l'equilibrio e si innesca l'instabilità.

Ncritico= p2E Imin /(l β)2

Nell'esercitazione il calcolo del momento di inerzia minimo avviene partendo da tre dati da inserire: il valore del modulo di elasticità E, il valore di β (che tiene conto di come il pilastro è vincolato), e l che è l'altezza del pilastro. Con questi dati è possibile calcolare due importanti parametri: snellezza massima dell'elemento e raggio di inerzia minimo della stesso. Quest'ultimo dato è fondamentale perché nelle sezioni in acciaio consente la scelta del profilo direttamente dal profilario, mentre nel caso di sezioni rettangolari, permette di calcolare la base minima della sezione.

l e r risultano quindi uguali a:

l = p (E/fcd)0,5

rmin= l0/lmax che nelle sezioni rettangolari vale rmin=(1/12b)0.5

Da qui è possibile calcolare la base minima come b=2(3rmin)0,5

 Calcolata la base, il valore dell'altezza è semplicemente pari al rapporto tra area minima e base minima.

Una volta calcolate le dimensioni della sezione il momento di inerzia minimo della stessa viene fornito dai profilari per le sezioni in acciaio, ed è pari a I=bh3/12 per le sezioni rettangolari.

 

Per poter determinare mediante il programma di calcolo “SAP” i valori massimi di sollecitazione agenti sulla struttura prima di tutto occorre disegnarla, assicurandoci di stare lavorando con il sistema di unità di input idoneo.

Abbiamo copiato a questo punto il file tre volte per poter lavorare sulla stessa struttura modificando solo i materiali assegnati. Per ciò che concerne l’acciaio e il calcestruzzo, i materiali sono preinseriti e abbiamo dovuto unicamente selezionare i profili scelti in fase di calcolo, per l’acciaio, e dimensionare correttamente la sezione per il calcestruzzo armato. Diversamente ci siamo dovute comportare per la struttura in legno non essendo, infatti, tale materiale presente nella libreria installata. Abbiamo quindi creato un nuovo materiale specificando la sua natura ortotropa, il peso specifico e il modulo elastico (questi ultimi due cambiano a seconda del tipo di legno).

Sono stati poi inseriti da comando le densità di carico agenti sulle travi. Non abbiamo invece previsto di sottoporre le strutture all’analisi delle sollecitazioni orizzontali causate dall’azione del vento.

Abbiamo quindi ottenuto i seguenti diagrammi:

 

ACCIAIO

  

Diagramma dei momenti sulla trave

Diagrammi delle sollecitazioni sulla pilastrata

 

CALCESTRUZZO ARMATO

Diagramma dei momenti sulla trave

Diagrammi delle sollecitazioni sulla pilastrata

 

LEGNO

Diagramma dei momenti sulla trave

Diagrammi delle sollecitazioni sulla pilastrata

 

VERIFICA

Una volta terminata l'analisi in SAP della struttura è stata fatta la verifica degli elementi precedentemente progettati ma sostituendo le sollecitazioni di progetto con quelle ottenute dall'analisi.

Il metodo di verifica utilizzato mette a confronto le tensioni agenti sulla sezione più sollecitata con le tensioni ammissibili.

In generale quindi:

smax ≤ fcd

Per quanto riguarda la trave, la tensione massima è stata calcolata in funzione della sollecitazione massima agente sulla sezione, quindi come il rapporto tra momento massimo e modulo di resistenza a flessione massimo:

smax= Mmax/Wmax

Mmax/Wmax≤ fcd

In riferimento al pilastro invece, la tensione massima è fornita dalle due diverse sollecitazioni agenti sullo stesso, ovvero sforzo normale di compressione e momento flettente trasmesso dalla trave al pilastro.

La tensione massima è quindi pari a:

smax= N/A+Mmax/Wmax

Da cui la verifica di una sezione presso-inflessa:

N/A+Mmax/Wmax≤ fcd

 

   L'esercitazione è stata svolta insieme alla collega Carlotta Contiguglia.

ESERCITAZIONE 1

Dimensionamento di una struttura a telaio in cemento armato, acciaio e legno.

Per ogni tecnologia si considera la stessa struttura, geometricamente simmetrica e con luci piuttosto ridotte, cosi’ da avere anche un confronto piu’ visibile ed immediato.

Una volta scelte le stratigrafie per i diversi solai, si procede calcolando i carichi strutturali (travetti, getti di completamento), sovraccarichi permanenti (getti di allettamento, pavimenti, intonaco, controsoffitti, incidenze di impianti e tramezzi) ed accindentali (pari a 2 kN da normativa, poiche’ si tratta di una struttura residenziale) di ogni solaio per dimensionare le travi.

 

Struttura in cemento armato.

Per dimensionare la trave maggiormente sollecitata (BC) si fa una verifica a flessione utilizzando il foglio Excel e considerando la trave come doppiamente appoggiata, percio’ il momento massimo sara’ ql2/8 in cui importante e’ il ruolo della luce, oltre che il valore di carico.

Avendo un Mmax= 203,36 kNm e utilizzando un calcestruzzo di classe 25/30 e’ possibile dimensionare la trave 30x55 cm, cosi' da avere una altezza di trave maggiore della base garantendo un migliore momento di inerzia della trave stessa.

Per dimensionare i pilastri si prende di riferimento il pilastro piu’ sollecitato a sforzo normale, ovvero il pilastro con una maggiore area di influenza, e si utilizza il modello di pilastrata poiche’ scendendo verso il piano terra il pilastro dovra’ sopportare uno sforzo di compressione sempre maggiore. Lo sforzo normale di un piano e’ pari a 281,18 kN e per il valore di Nmax al piano terra si deve moltiplicare  lo sforzo normale di un piano per il numero di piani della struttura.

Una volta ottenuto Nmax= 1124,75 kN, scelto il cls di classe 25/30, considerato l’altezza del pilastro di 3,2 e le condizioni di vincolo pari a 2, e’ possibile calcolare le dimensioni minime del pilastro e scegliere una sezione di 25x30 cm.

A questo punto si modella un telaio piano su SAP che si sviluppa dal piano terra (in cui ai pilastri si assegna un vincolo di incastro) all’ultimo piano di copertura, assegnando alla struttura il materiale cemento armato e le relative sezioni. Dopo aver assegnato ad ogni piano i carichi distribuiti e al pilastro esterno di sinistra il carico distribuito del vento si possono analizzare le deformate della struttura e i valori dei momenti e degli sforzi assiali, per verificare se il dimensionamento effettuato e’ corretto.

Partendo dalla trave, si nota che Mmax= 119,49 kNm calcolato in SAP e’ inferiore, percio’ la trave e’ stata sovradimensionata e, utilizzando il foglio excel, si ridimensiona la trave con una sezione di 30x45 cm.

Dopo aver corretto le dimesioni della trave su SAP e aver analizzato nuovamente i momenti, si puo’ dire che la nuova trave e’ corretta poiche’ Mmax e’ 120,29 kN, quindi piu’ grande del momento flettente usato per il dimensionamento.

Gli sforzi di compressione dei pilastri calcolati in SAP sono invece inferiori a quelli di design, ma la sezione va verificata anche a pressoflessione. Si calcolano le tensioni σ=(N/A)+(M/W) dei pilastri B, C e D, ma il loro valore e’ maggiore della tensione di progetto Fcd= 17 Mpa percio’ e’ necessario aumentare le dimensioni dei pilastri. Aumentando l’area del pilastro e il suo modulo di resistenza a flessione si migliorano le prestazioni del pilastro, e optando per 30x30 cm e’ verificata la sezione.

 

Struttura in acciaio

Per dimensionare la trave (BC) e il pilastro maggiormente sollecitati si procede come per il telaio in cemento armato, con l’unica differenza che le caratteristiche geometriche e di resistenza della sezione sono fornite da tabellari di profilati.

Avendo un Mmax= 178,05 kNm e utilizzando un acciaio di classe S275 si ottiene un modulo di resistenza a flessione minimo Wxmin= 679,9 cm3 e si sceglie una trave IPE 330 con Wx= 713,1 cm3 , poiche’ la resistenza a flessione deve essere necessariamente maggiore.

Per dimensionare i pilastri si prende di riferimento il pilastro piu’ sollecitato a sforzo normale, ovvero il pilastro con una maggiore area di influenza, e si utilizza il modello di pilastrata poiche’ scendendo verso il piano terra il pilastro dovra’ sopportare uno sforzo di compressione sempre maggiore.

Lo sforzo normale di un piano e’ pari a 892,23 kN e per il valore di Nmax al piano terra si deve moltiplicare  lo sforzo normale di un piano per il numero di piani della struttura. Una volta ottenuto Nmax= 1039,25 kN, scelto l’acciaio S275, considerato l’altezza del pilastro di 3,2 e le condizioni di vincolo pari a 2, e’ possibile calcolare le dimensioni minime del pilastro e scegliere il profilo HEA 160.

A questo punto si modella un telaio piano su SAP che si sviluppa dal piano terra (in cui ai pilastri si assegna un vincolo di incastro) all’ultimo piano di copertura, assegnando alla struttura il materiale acciaio e le relative sezioni. Dopo aver assegnato ad ogni piano i carichi distribuiti e al pilastro esterno di sinistra il carico distribuito del vento si possono analizzare le deformate della struttura e i valori dei momenti e degli sforzi assiali, per verificare se il dimensionamento effettuato e’ corretto.

Partendo dalla trave, si nota che Mmax= 112,6 kNm calcolato in SAP e’ inferiore, percio’ la trave e’ stata sovradimensionata e, utilizzando il foglio excel, si ridimensiona la trave scegliendo un profilo IPE 300.

Dopo aver corretto le dimesioni della trave su SAP e aver analizzato nuovamente i momenti, si puo’ dire che la nuova trave e’ corretta poiche’ Mmax e’ piu’ piccolo del momento flettente usato per il dimensionamento.

 

Gli sforzi di compressione dei pilastri calcolati in SAP sono invece inferiori a quelli di design, ma la sezione va verificata anche a pressoflessione. Si calcolano le tensioni σ=(N/A)+(M/W) dei pilastri ma il valore di  e’ maggiore della tensione di progetto Fyd= 261,9  Mpa percio’ e’ necessario aumentare le dimensioni dei pilastri scegliendo un HEA 180.

Struttura in legno.

Per dimensionare la trave maggiormente sollecitata (BC) si fa una verifica a flessione utilizzando il foglio Excel e considerando la trave come doppiamente appoggiata, percio’ il momento massimo sara’ ql2/8 in cui importante e’ il ruolo della luce, oltre che il valore di carico.

Avendo un Mmax= 144,81kNm e utilizzando un legno di abete di classe C24  e’ possibile dimensionare la trave 30x50 cm.

Per dimensionare i pilastri si prende di riferimento il pilastro piu’ sollecitato a sforzo normale, ovvero il pilastro con una maggiore area di influenza, e si utilizza il modello di pilastrata poiche’ scendendo verso il piano terra il pilastro dovra’ sopportare uno sforzo di compressione sempre maggiore.

Lo sforzo normale di un piano e’ pari a 185,54 kN e per il valore di Nmax al piano terra si deve moltiplicare  lo sforzo normale di un piano per il numero di piani della struttura. Una volta ottenuto Nmax= 742,16 kN, scelto illegno di abete classe C24, considerato l’altezza del pilastro di 3,2 e le condizioni di vincolo pari a 2, e’ possibile calcolare le dimensioni minime del pilastro e scegliere una sezione di 30x30 cm.

A questo punto si modella un telaio piano su SAP che si sviluppa dal piano terra (in cui ai pilastri si assegna un vincolo di incastro) all’ultimo piano di copertura, assegnando alla struttura il materiale legno di abete e le relative sezioni. Dopo aver assegnato ad ogni piano i carichi distribuiti e al pilastro esterno di sinistra il carico distribuito del vento si possono analizzare le deformate della struttura e i valori dei momenti e degli sforzi assiali, per verificare se il dimensionamento effettuato e’ corretto.

Partendo dalla trave, si nota che Mmax= 93,32 kNm calcolato in SAP e’ inferiore, percio’ la trave e’ stata sovradimensionata e, utilizzando il foglio excel, si ridimensiona la trave con una sezione di 30x40 cm.

Dopo aver corretto le dimesioni della trave su SAP e aver analizzato nuovamente i momenti, si puo’ dire che la nuova trave e’ corretta poiche’ Mmax e’ piu’ piccolo del momento flettente usato per il dimensionamento.

Gli sforzi di compressione dei pilastri calcolati in SAP sono invece inferiori a quelli di design, ma la sezione va verificata anche a pressoflessione. Si calcolano le tensioni σ=(N/A)+(M/W) dei pilastri e si considerano verificati poiche’  il valore delle tensioni e’ minore della tensione di progetto Fmd= 13,24 Mpa.

Dimensionamento e verifica di un telaio in acciaio

Lavoro svolto da Burattini Paolo e Cavuoti Matteo.

TELAIO DI ACCIAIO

 

1)

Disegno il telaio della mia struttura, che avrà una luce massima di 8 m e un'altezza di tre piani.

Scelgo la tecnologia del solaio, composta da travetti in travi di acciaio IPE140, sormontati da una pacchetto composto da una lamiera gregata e da una soletta. Il carico strutturale sarà calcolato dal prodotto tra volume e peso specifico dei materiali del solaio a metro quadro. 2)

                     qs=(V1* γ1 + ... + Vn* γn)*1/i 

Il carico permanente sarà calcolat con lo stesso criterio, considerando la pavimentazione del solaio, isolante, massetto, pavimentazione, a cui saranno aggiunti i carichi di 1kN/m2 per i tramezzi, e di 0,5 kN/m2 per gli impianti.

Il dato del carico accidentale lo leggo sempre nella normativa vigente, e nel nostro caso è pari a 2 kN/m2

Posso trovare il qu, dalla seguente somma

                     qu=(1,3*qs+1,5*qp+1,5*qa)

il peso sarà maggiorato da coefficenti di sicurezza che mi obbligano ad aumentare il valore del mio peso considerato.

3) 

Il peso a metro quadro del solaio, mi serve nel predimensionamento della trave, in quanto questo, moltiplicato per l'interasse di interessa e poi spalmato per la lunghezza della trave mi fornisce il carico distribuito sulla mia trave.

Per cui la prima operazione da fare sarà quella di trovare q, espresso in kN/m. Per calcolare il Momento massimo della trave, che considero come se fosse una trave doppiamente appoggiata, applicherò la formula

                         M=(q*l2)/8 (kN*m)

Una volta trovato M max, per scegliere il profilo più adeguato da utilizzare per predimensionare la mia trave, utilizzerò la formula fd=M/W , dove fd, è la tensione di progetto che io scelgo dal materiale. Nello specifico fd si calcola conoscendo la tensione di snervamento dell’acciaio prescelto,considerando di un coefficiente parziale di sicurezza γs,  pari a 1,05.

                         fd=fk/1,05

In questo modo posso ricavare il modulo di resistenza a flessione

                         W=M/fd

scegliendo un W uguale o maggiore da una tabella di profilati IPE, avrò ottenuto un primo dimensionamento della mia trave.

4)

Il dimensionamento del pilastro parte da ragionamenti simili, in questo caso conosco già il peso del mio solaio e metro quadro, e devo fissare altri valori. Primo tra tutti l'area di influenza del solaio sul pilastro più sollecitato, che per l'appunto sarà quello su cui grava un'area di influenza maggiore. Avendo poi scelto una trave, aggiungo al peso qu, anche il peso lineare della trave scelta, moltiplicato per i metri degli interassi all'interno sempre dell'area di influenza interessata.

Ora, conoscendo anche il numero dei piani, posso calcolare lo sforzo N del pilastro più sollecitato con la seguente formula    

                       Nmax=((qu*Ainf)*qt)*np

Trovato lo sforzo normale, posso trovare una prima area minima con la seguente formula 

                       Amin=Nmax/fd

Tuttavia, l'area di questo pilastro terrebbe conto solo della compressione esercitata sul pilastro, e non della flessione a cui questo viene sottoposto con un carico verticale. Per non ovviare a questo problema, dovrò quindi tenere conto anche del carico critico Euleriano, e di conseguenza non avrò solo un'area minima, ma anche un'altro valore, cioè, quello del momento di inerzia minimo affinché la sezione del pilastro consenta a quest'ultimo di resistere a flessione.

Sapendo che la formula del momento di inerzia minimo è la seguente, posso calcolarlo, sapendo che y è un coefficiente di sicurezza, E il modulo elastico, e l0, la lunghezza libera di inflessione, che conosco conoscenso i vincoli agli estremi del mio pilastro.

                     Jmin > N*l0/γ*π^2*E

Altro valore da tenere in considerazione è il raggio di inerzia minimo che ricavo conoscendo l0 e la snellezza, in quanto la snellezza λ è il raggorto tra la lunghezza libera di inflessione e il raggio di inerzia minimo. E sapendo che la normativa mi impone di porre λ non minore di 200, scrivo:

                     imin > 200/l0

Dalla scelta del momento di inerzia minimo, scelgo nella tabella, il pilastro HEA con le caratteristiche corrispondenti ai tre valori minimi che devo soddisfare.

Il primo pilastro scelto, HEA140, tuttavia non soddisfa uno dei valori richiesti, come si vede nella figura 04.

Si passa alla scelta di un secondo pilastro, HEA200, che apparentemente soddisfa le nostre richieste prestazionali.

5)

Passo alla fase in cui devo verificare se effettivamente gli elementi strutturali predimensionati soddisfano o meno le reali richieste prestazionali.

per la trave utilizzo la formula 

                    σ=Mmax/W 

La trave è verificata se fd, cioè la tensione di progetto è maggiore della tensione trovata 

                    fd>σ

Nel nostro caso la trave è stata sovradimensionata, avendo considerato un momento massimo, quello della trave doppiamente appoggiata, di molto superiore al momento massimo reale trovato su sap, corrispondente al modello di una trave a doppio incastro.

La verifica per il pilastro utilizza invece la seguente formula dovendo tener conto sia dello sforzo normale sia della flessione

                   σ=(Nmax/Ad)+(Mmax/W)

Il pilastro preso in considerazione non soddisfa la verifica, in quanto  σ>>fd

 

Si cambiano quindi i paramenti presi in considerazione per il dimensionamento del pilastro, fino a trovare uno adeguato.

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