Elementi di scienza e tecnica delle costruzioni progetto capannone industriale in acciaio

Progetto di un capannone industriale in acciaio

Corso di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio

Corso di Elementi di scienza e tecnica delle Costruzioni

Anno accademico 2015-16

Docente Studente

Giulia Franceschini MAT

Sommario

• Presentazione del progetto .............................................................................................................................. 2
• Dati di progetto............................................................................................................................................................... 4
• Normative considerate ................................................................................................................................... 4
• Analisi dei carichi ................................................................................................................................................... 5
• Carichi orizzontali .......................................................................................................................................................... 5
• Carichi verticali .............................................................................................................................................................. 6
• Carico totale di progetto ................................................................................................................................................. 6
• Dimensionamento soletta composta ............................................................................................................ 7
• Soletta in calcestruzzo armato+lamiera grecata ............................................................................................................. 7
• Travi secondarie ...................................................................................................................................................... 9
• Carichi permanenti ......................................................................................................................................................... 9
• Carichi accidentali .......................................................................................................................................................... 9
• Carico massimo .............................................................................................................................................................. 9
• Dimensionamento ........................................................................................................................................................... 9
• Travi principali (reticolari) ..................................................................................................................................... 16
• Carico effettivo ............................................................................................................................................................. 16
• Angoli interni ............................................................................................................................................................... 16
• Scelta dei profili ........................................................................................................................................................... 18
• Classificazione delle sezioni ........................................................................................................................................ 20
• Verifica delle aste ......................................................................................................................................................... 21
• Controventi .............................................................................................................................................................. 27
• Dimensionamento ......................................................................................................................................................... 28
• Verifica di resistenza .................................................................................................................................................... 29
• Colonne ....................................................................................................................................................................... 30
• Analisi dei carichi ......................................................................................................................................................... 30
• Classificazione della sezione ........................................................................................................................................ 30
• Verifiche allo stato limite ultimo .................................................................................................................................. 31
• Connessioni ................................................................................................................................................................ 35
• Trave secondaria-colonna ............................................................................................................................................... 35
• Trave principale-colonna .............................................................................................................................................. 36
• Giunti interni reticolare ................................................................................................................................................ 46
• Colonna - controvento .................................................................................................................................................. 54
• Fondazioni .................................................................................................................................................................. 59

Vengono fornite in allegato le tavole con gli elaborati grafici relativi al progetto. 2

Presentazione del progetto

L’obiettivo è la progettazione di un piccolo capannone industriale, sito nella città di Rovereto (TN).

La struttura sarà realizzata in acciaio e sarà alta 7 metri e 12*22.5 in pianta. Da consegna, sono già state assegnate le posizioni di travi principali e colonne, oltre alla composizione della copertura del solaio di acciaio e calcestruzzo, realizzata mediante una lamiera grecata.

Figura 1 Progetto 2015/16

La struttura è verificata a sopportare i carichi accidentali, secondo il DM 14/01/2008, relativi a:

• Neve;
• Carico accidentale di sola manutenzione (cat. H1);
• Vento;

La verifica sismica non è stata effettuata, come da consegna. 3

Dati di progetto

Posizione sito: Rovereto (TN)

Tipologia di struttura: capannone industriale in acciaio

Altezza: 12m*22.5m

Dimensioni in pianta: 7 m

Tipologia copertura: solaio di acciaio-calcestruzzo con lamiera grecata

Normative considerate

Tutte le scelte e i calcoli sono stati svolti seguendo le normative vigenti, utilizzando il metodo degli stati limite. In particolare:

• DM 14/01/2008, Norme tecniche per le costruzioni
• ENV 1993-1-1, Eurocodice 3 “Progettazione delle strutture in acciaio”
• Circolare n 617 del 02/02/2009, “Istruzioni per l’applicazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni”, al decreto 14/01/2008 4

Analisi dei carichi

L’analisi dei carichi è stata svolta suddividendo quest’ultimi dapprima per tipologia e, successivamente, valutandone l’effetto cumulato.

Carichi orizzontali

L’unico carico orizzontale preso in considerazione è la pressione del vento.

= ∗ ∗ ∗

In cui:

• Q è detta pressione cinetica di riferimento (par.3.3.6 NTC2008)

b ρ= 3densità dell’aria = 1.25 kg/m³ = ( ∗ )/2 b2v = valore caratteristico del vento in Trentino, capannone in zona 1 =25m/s

• C è detto coefficiente di esposizione (par.3.3.7 NTC2008). Esso è dipendente dall’altezza dal suolo dell’edificio, dalla topografia del terreno e dalla categoria di esposizione del sito dove sorgerà la costruzione. Nel caso di progetto:

- z =7 metri

- Classe B: aree urbane, suburbane, industriali

- Categoria IV

Per z ≤ z = 8 metri = ∗ ∗ ln ∗ [7 + ∗ ln ]min ( )

• C è detto coefficiente di forma (C.3.3.10 circ.617/2009). L’edificio risulta essere a pianta rettangolare con copertura leggermente inclinata (0 ≤ α ≤20°), dunque il coefficiente di forma esterno risulta:

- +0.8 per gli elementi sopravento

- -0.4 per gli elementi sotto vento o con inclinazione minore di 20°

- Non viene considerato il coefficiente di forma interno

Per le pareti si considerano sia le azioni di pressione che di depressione.

• C è detto coefficiente dinamico (par.3.3.8 NTC2008). Viene assunto pari a 1 negli edifici ad forma regolare, con altezza inferiore a 80 metri, e nei capannoni industriali.

Pressione vento q c c c2(kg/ms )b e p d390.625 1.634211973 1.2 1

Da cui deriva che la pressione del vento, relativa al punto di impatto, è:

2Pareti 766.0368624 N/m²

2Copertura 255.3456208 N/m² 5

Carichi verticali

I carichi verticali analizzati sono:

• Peso proprio dei profili in acciaio
• Peso di soletta + lamiera grecata
• Carico accidentale di sola manutenzione
• Peso proprio della guaina impermeabilizzante
• Carico del CLS alleggerito strutturale
• Carico della neve

Il carico della neve è ottenuto dalla formula:

= ∗ ∗ ∗

In cui:

• U è detto coefficiente di forma della copertura. Esso è dipendente dall’angolazione della copertura
• Q è il valore caratteristico della neve al suolo per un tempo di ritorno di 50 anni (par.3.4.2 NTC2008). Il capannone è in “zona I Alpina”
• C è detto coefficiente di esposizione (par.3.4.3 NTC2008), che assume valore unitario dato che la zona non è soggetta a particolari venti ed è riparata
• C è detto coefficiente termico (par.3.4.4 NTC2008), preso cautelativamente di valore unitario

Neve q sk 2u (KN/m ) c ci e t0.8 1.5 1 1

Da cui deriva che il carico della neve è:

2q =1.2 KN/ms

Carico totale di progetto

Il carico totale di progetto è dato dalla somma di carichi permanenti e carichi accidentali.

Carichi permanenti Carichi permanenti

2 2CLS alleggerito 2.08 KN/m Carico neve 1.2 KN/m

2 2Guaina 0.000003922 KN/m Manutenzione 0.5 KN/m

Da cui: 3.780003922 ≈ 3.8 KN/m² = 6

Dimensionamento soletta composta

Soletta in calcestruzzo armato + lamiera grecata

La progettazione e il dimensionamento della soletta avviene in più fasi, per poter così verificarne la deformabilità sia durante che dopo la presa del getto collaborante.

Fase 1

Viene considerata la soletta durante la fase di costruzione. L’unico elemento resistente è rappresentato dalla lamiera grecata, che dovrà reggere i carichi accidentali senza l’ausilio del getto collaborante.

Il profilo scelto è una lamiera grecata A55/P600 (catalogo Metecno HI-BOND).

Spessore 0.001 m

Altezza 0.1 m

Lunghezza 1.5 m

2Peso 1.9 KN/m²

Per ottenere la lunghezza massima è stato necessario effettuare un’interpolazione lineare mediante la formula:

y = ((y2-y1)(x-x1)/(x2-x1))+y1

I cui X rappresenta il carico utile di progetto q e Y la lunghezza.u

L = 3.3 mmax

L’obiettivo è verificare che la freccia ottenuta sia minore di L/250. Essa è data dalla formula:

5 ∗ = ∗384 ∗

In cui:

• Q = (p.p. lamiera + carico accidentale);1
• L = lunghezza trave;
• E = modulo elastico;
• I = momento d’inerzia della singola lamiera;1 7

Fase 1 2Carico accidentale fase 1 1.5 KN/m²

2q 3.4 KN/m1

4I 7.35E+05 mm /m1

2E 210000 KN/m

Da cui si ottiene:

f = 1.45 mm (≈ L/1033)1

La fase 1 risulta verificata, poiché L/1033 < L/250.

Fase 2

Viene ora considerata anche la presenza del calcestruzzo collaborante. L’obiettivo dunque è verificare che la soletta completa possa sopportare il carico verticale totale.

La freccia sarà composta dalla somma della deformazione in fase 2 e di una freccia residua. Il carico utilizzato sarà quello totale e il momento d’inerzia quello riferito a lamiera grecata + calcestruzzo, secondo catalogo.

. . ∗ = ∗

Fase 2 2q 3.8 KN/m2

4I 4.22E+06 mm /m21*f 0.811871317 mm5 ∗∗ = + ∗384 ∗

Si ottiene f = 1.09 mm (≈ L/1370) che, per essere verificata, dovrà essere inferiore a L/250. La2soletta risulta verificata. 8

Travi secondarie

I carichi si suddividono in permanenti ed accidentali.

Carichi permanenti

g : Carichi permanentik

p.p. trave ipotesi 0.7 KN/m

CLS+lamiera 1,9*Interasse 2.85 KN/m

Cop. Tetto 2,1*Interasse 3.15 KN/m

g = 6.7 KN/mk tot

Carichi accidentali

q : Carichi accidentalik

Neve q *Interasse 1.8 KN/ms

Manutenzione Cat. H1 0.75 KN/m

q = 2.55 KN/mk tot

Carico massimo

Dato dalla somma di carichi permanenti e accidentali.

q = 9.25 KN/mmax

Dimensionamento

Verifiche dello stato limite di esercizio

Il valore totale dello spostamento verticale dell’asse dell’elemento è definito come la somma dello spostamento dovuto ai carichi permanenti (δ ) e quello dovuto ai carichi accidentali (δ ). In alcuni1 2casi può essere prevista una contromonta della trave (δ ).c

δ = (δ +δ ) - δmax 1 2 c 9

I limiti superiori per gli spostamenti verticali da rispettare, per la categoria “coperture in generale”, sono:

- δ ≤ L/200max

- δ ≤ L/2502

Procedimento SLE

Per la scelta del profilo, viene in seguito calcolato il valore minimo d’inerzia. Si suppone che la trave sia doppiamente appoggiata, in assenza di contromonta.

q 9.25 KN/mmax

L 4.5 m

2E 210000 N/mm

∗ < = ∗ ∗5 200 = ∗ ∗ ∗384 7 4

Da cui risulta I = 1.05 * 10 mm .min

Essendo q /q = 0.27, posso considerare il rapporto fra i limitik max≤ → 0.2 ≤ 0.8

Il valore di inerzia minimo sarà verificato anche per δ ≤ L/250.2

Viene scelto come profilo una HEA 160 in acciaio S275.

HEA 160 Acciaio S275

2f 275 N/mmyk

p.p. 0.304 KN/m4I 1.67E+07 mm

Viene eseguita la verifica a deformazione solo per il carico più gravoso q .max

∗ = 14.06 ≈ L/320 = ∗ ∗

Il che risulta verificato, dato che L/320 < L/250. 10

Aggiornamento dei carichi

g : Carichi permanentik

p.p. trave HEA 160 0.304 KN/m

CLS+lamiera 1,9*Interasse 2.85 KN/m

Cop. Tetto 2,1*Interasse 3.15 KN/m

q : Carichi accidentalik

q = Neve q *Interasse 1.8 KN/mk1 s

q =k2

Manutenzione Cat. H1 0.75 KN/m

Ottengo un carico massimo q = 8.854 KN/m.max

Combinazioni dei carichi SLE

Vengono ora effettuate le combinazioni dei carichi. Verrà considerato quello con il valore maggiore.

= + = +

Combinazioni SLE

qsle 8.104 KN/m1

qsle 7.054 KN/m2

Combinazioni dei carichi SLU

= ∗ + ∗ + ∗ ∗ = ∗ + ∗ + ∗ ∗ϒ 1.3 Combinazione SLUgϒ 1.5 qslu 10.8952 KN/mq1 1ϒ 1.5 qslu 10.6702 KN/mq2 2ψ 0.501ψ 002 11

Calcolo M e Ved ed

∗Momento sollecitante: = ∗Taglio sollecitante: = Momento Tagliosollecitante sollecitanteM Ved ed27.578475 24.5142KN*m KN

Classificazione delle sezioni

HEA 160G 30.4