Costruzioni in acciaio

Costruzioni in acciaio: telaio

Il principio costruttivo di riferimento è quello con strutture puntuali fatte per elementi lineari (travi/pilastri). In base al posizionamento cambia il tipo di carico a cui è soggetto.

Principio del trilite

Ci sono 2 condizioni da tenere sempre in considerazione:

• Resistenza meccanica
• Equilibrio

Ha molto a che fare con la forma dell’edificio; non è detto che l’assemblaggio degli elementi nel modo più semplice/immediato sia quello che ci soddisfa dal pdv della costruzione dello spazio.

Le 2 azioni principali a cui una trave è soggetta sono:

• Verticali
• Orizzontali

Le azioni sono esterne e dipendono dalle configurazioni di carico (es. persone che gravano su un solaio superiore).

Per sviluppare l’equilibrio (movimento 0) ogni azione deve essere equilibrata da un’azione uguale e contraria o da una somma di azioni che producono una risultante uguale e contraria all’azione di sollecitazione. Perché il materiale realizzi questo risultato occorre che ci sia una deformazione. Questi sforzi sono generati da deformazioni. Queste deformazioni possono diventare critiche se superano un certo limite, studiato dalla scienza delle costruzioni.

Esempio di trave sollecitata

La trave è sollecitata da un carico verticale (taglio). Per questo tende a deformarsi “spanciando”. La parte superiore rimane più compatta (compressa), quella inferiore si stira (tesa). Il momento in cui si raggiunge il limite massimo di sollecitazione del materiale l’azione esterna produce una pressione dentro il materiale (sforzo = forza/superficie).

C’è un piano in cui cambia la polarità, nel passaggio da uno sforzo di compressione a uno di stiramento, che si trova a metà (se il materiale è omogeneo) dove non ci sono sforzi, ovvero l’asse neutro, dove il materiale non è sollecitato.

Questo comportamento di compressione nelle fibre superiori e di trazione nelle fibre inferiori si chiama flessione, a cui normalmente sono sottoposti gli elementi costruttivi posti in orizzontale.

I profili in metallo, infatti, presentano poco materiale al centro e molto alle estremità. Le ali sono più spesse dell’anima.

La sezione H è ottimizzata rispetto agli sforzi: le ali resistono al momento, mentre l’anima resiste a taglio. Per questo motivo nei nodi a cerniera non si collegano le ali della trave al ritto, ma la connessione è realizzata solo tramite l’anima.

Ci sono 3 tipi di sforzo semplice:

• Trazione: le forze sull’asse tirano verso le direzioni opposte.
• Compressione: le forze sull’asse spingono entrambe verso la stessa direzione.
• Taglio: agisce nell’asse perpendicolare al materiale, una forza sopra e una sotto, uguali e contrarie.

Normalmente più alta è la trave, più energia e forza sono necessarie per tagliare. Il tipo di reazione del materiale è quello di produrre una rotazione sulla faccia, che determina il “momento”. Le sezioni all’interno del materiale infatti tendono a ruotare.

I sistemi intelaiati

In costruzione fanno riferimento a 3 materiali: legno e acciaio, che hanno lo stesso tipo di concezione strutturale (elementi finiti/lineari collegati da nodi), e cls armato.

I primi due hanno ottime caratteristiche di resistenza sia a trazione che a compressione e in più hanno ottima resistenza a sforzo combinato (flessione), resistendo a momenti molto elevati. Il cls invece ha bisogno di armature molto resistenti per resistere.

Nella costruzione dello scheletro portante (telaio) di un edificio è vantaggioso scomporre le forze che agiscono sul telaio in due componenti semplici e più controllabili, forze verticali e orizzontali. Possiamo pensare che una parte della struttura sia dedicata a sopportare le forze verticali (attrezzature presenti in un’aula, peso corporeo persone, pavimenti, impianti, tutto ciò che grava sul solaio, anche il vento) e un’altra sia dedicata a sopportare le forze orizzontali (vento, sisma, slittamenti/cedimenti piani di fondazione).

Ci sono anche dei carichi orizzontali considerati in condizioni particolari, come quando si costruisce in una zona ferroviaria: si può considerare il fatto che un tram possa deragliare, i pilastri quindi dovrebbero reggere quest’impatto per non far crollare l’edificio.