Progetto 3, Meccanica computazionale

Relazione di calcolo sulla terza esercitazione su SAP2000

Lorenzo Sostegni

Docente: Ing. Luca Facchini

Indice

• 1 Introduzione 1
• 1.1 Scelta dei materiali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
• 1.2 Geometria della struttura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
• 1.3 Analisi dei carichi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
• 2 Definizione della struttura 6
• 3 Definizione del materiale acciaio 10
• 4 Definizione dei profili 12
• 4.1 I profili fittizi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
• 4.2 Orientamento dei profili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
• 5 Definizione dei vincoli 17
• 5.1 I vincoli esterni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
• 5.2 I vincoli interni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
• 6 Definizione dei carichi 26
• 6.1 Carico permanente non strutturale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
• 6.2 Carico neve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
• 6.3 Carico vento trasversale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
• 6.4 Carico vento tangente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
• 7 Analisi dei risultati 31

1 Introduzione

La seguente relazione è stata redatta per descrivere il comportamento statico di un capannone in acciaio sotto i carichi dei pesi propri degli elementi strutturali che lo compongono e dei carichi variabili di vento e neve.

1.1 Scelta dei materiali

Si sceglie di utilizzare profili realizzati in acciaio S235 con le seguenti caratteristiche meccaniche:

• E = 210000 MPa
• G = 80769 MPa
• ν = 0.3
• f = 235 MPa yk
• f = 360 MPa tk
• ρ = 7849 Kg/m³

Per quanto riguarda le fondazioni si vanno a realizzare dei plinti in calcestruzzo armato in corrispondenza di ogni pilastro. Il calcestruzzo scelto è il C25/30 che presenta le seguenti proprietà:

• R = 25 MPa ck
• ρ = 25 kN/m³

La copertura viene realizzata con pannelli coibentati isolanti in lamiera grecata di peso per unità di superficie pari a 14.4 Kg/m² per il tetto e 9 Kg/m² per le pareti.

1.2 Geometria della struttura

Il capannone è una struttura molto semplice generata dalla ripetizione di un portale bidimensionale, costituito a sua volta da una capriata sorretta da due pilastri, lungo la direzione ortogonale ad esso. Sulle capriate si fanno poggiare degli elementi longitudinali detti arcarecci sui quali a sua volta poggia la copertura vera e propria in pannelli. Occorre perciò definire un gran numero di parametri geometrici di seguito riassunti:

• Tipo di capriata: Warren con montanti
• Luce: 22.6 m
• Pendenza delle falde: 4 %
• Lunghezza montante esterno: 2.26 m
• Lunghezza montante centrale: 2.712 m
• Numero di campi: 10
• Lunghezza longitudinale: 52.85 m
• Passo delle capriate: 7.55 m
• Numero di capriate: 8
• Altezza utile: 7.05 m
• Altezza dei pilastri: 9.31 m
• Interasse degli arcarecci di baraccatura: 2.15 m
• Interasse dei montanti di facciata: 4.52 m
• Altezza montante di facciata centrale: 9.762 m
• Piano di fondazione: 1.5 m sotto il piano di campagna

I profili sono diversi a seconda dell’elemento strutturale e si dividono in:

• Briglia superiore: profilo circolare cavo 168.5x4 mm
• Briglia inferiore: profilo circolare cavo 101.6x6.3 mm
• Montanti e diagonali: profilo circolare cavo 88.9x5 mm
• Pilastri: HE 360 B
• Arcarecci di falda e di bordo: HE 180 B
• Diagonali controvento di falda: profilo piatto 80x15 mm
• Arcarecci di baraccatura laterale: HE 200 B
• Diagonali controvento di parete: profilo piatto 80x15 mm
• Montanti di facciata: HE 200 B
• Arcarecci di baraccatura di facciata: HE 120 A

2 Figura 1: Pianta e prospetto laterale

3 Figura 2: Prospetti frontali

4 Figura 3: Il portale con gli ingombri

1.3 Analisi dei carichi

I carichi a cui è sottoposto il capannone si distinguono, come da normativa, in carichi permanenti, a loro volta divisi in strutturali e non strutturali, e carichi variabili come neve e vento. I carichi permanenti strutturali, ovvero i pesi propri degli elementi portanti, vengono calcolati autonomamente dal software e memorizzati nel load case Dead: non occorre perciò calcolarli. I carichi permanenti non strutturali sono dati dal peso degli elementi di copertura come i pannelli mentre i carichi di vento e neve vengono ricavati con le formule disponibili nelle NTC2018 attraverso la conoscenza dei dati geomorfologici del sito di costruzione. Si riportano di seguito i valori dei carichi:

• Q = 0.141 kN/m² tetto
• Q = 0.088 kN/m² parete
• Q = 0.800 kN/m² neve
• Q = 1.258 kN/m² vento
• Q = 0.050 kN/m² vento,t

Dove Q è il carico portato dal vento che soffia in direzione trasversale alle superfici mentre Q è quello che vi scorre parallelamente e che si scarica come azione vento,tangenziale. Le azioni verranno combinate secondo la combinazione agli Stati Limite Ultimi attraverso specifici fattori di sicurezza che valgono: 1.3 per i carichi permanenti strutturali (G ); 1.5 per i carichi permanenti non strutturali (G ) e i carichi variabili (Q ).

k * * * Q = 1.3 G + 1.5 G + 1.5 Q1 2 k

2 Definizione della struttura

Una volta aperto il nuovo file e definita la capriata come già illustrato nella seconda esercitazione si vanno ad inserire i pilastri creando due nuovi nodi in corrispondenza dei montanti di estremità: questo può essere fatto andando ad usare il comando Draw special joint ed inserendo le coordinate del punto; il decremento in ascissa z da associare ai due nuovi nodi corrisponde all’altezza utile del capannone e si inserisce perciò dz = −7.05. Si creano i pilastri andando a collegare i nodi inferiori con quelli di estremità della capriata attraverso il comando Draw frame/cable.

Al fine di replicare il portale appena creato poniamoci in una vista 3D e selezioniamo l’intera struttura. Il comando Replicate ci permette di replicare gli oggetti nello spazio: ciò può essere sfruttato per ripetere il portale n volte nella direzione ortogonale al piano che lo contiene. Nel menù Replicate bisogna decidere con quale passo e quante volte effettuare la ripetizione: il passo corrisponde alla distanza fra ogni capriata, ovvero 7.55 m; il portale viene ripetuto quattro volte nella direzione positiva dell’asse y e tre volte nella direzione negativa, di modo che l’origine cartesiana sia nel piano di una capriata interna. Inoltre bisogna prestare attenzione al fatto che tutte le Replicate options siano spuntate. Si ottiene perciò una prima struttura tridimensionale, come mostrato in figura 5.

6 Figura 4: Il portale

Si procede quindi alla suddivisione dei pilastri in più campi per permettere la creazione degli arcarecci laterali di baraccatura. Questa operazione può essere fatta selezionando il comando Edit lines/ Divide frames che ci permette di sezionare le travi con determinati piani. Attraverso l’opzione Divide at intersection with a coordinate plane si va a scegliere un piano orizzontale XY che tagli il pilastro alla quota di