Concetti Chiave
- Il problema strutturale riguarda l'analisi del comportamento meccanico di una struttura sotto carico, determinando tensioni e spostamenti per valutarne la capacità di supporto.
- La statica delle travi coinvolge la schematizzazione delle travi come corpi rigidi, utilizzando parametri lagrangiani e considerando la trave piana quando l'asse è su un piano.
- I vincoli sono elementi che limitano i movimenti di una struttura, classificati in base ai gradi di libertà bloccati, con reazioni vincolari che mantengono l'equilibrio.
- Le tipologie di strutture si distinguono per i gradi di libertà: ipercinematica (gradi non bloccati), isostatica (gradi uguali ai vincoli), e iperstatica (più vincoli del necessario).
- Il sistema di distribuzione delle tubature varia tra configurazioni verticali e orizzontali, influenzando il rendimento tramite la disposizione, la coibentazione e la pulizia dei tubi.
In questo appunto vengono affrontati concetti base che stanno sulla metodologia progettuale di una qualsiasi struttura, da una semplice casa ad un complesso sistema di tubazione, vengono dunque introdotti poi i concetti di struttura, di scelta progettuale e vincoli di una struttura.
Indice
Il problema strutturale
Il problema strutturale consiste nello studio del comportamento meccanico della struttura sollecitata da forze di varia natura, relativa ai carichi utili, cioè i carichi da supportare per la quale la struttura è stata progettata. Per comportamento meccanico si intende la valutazione delle tensioni, campo spostamenti della struttura e tanto altro. In seguito a questa analisi, si procede esprimendo «un giudizio» in merito alla capacità della struttura di rispondere ai carichi.Il progettista strutturale durante la fase di elaborazione esegue diverse scelte preliminari riportate qui di seguito:
- Scelta dei materiali. Scelta dei materiali in base alle caratteristiche necessarie alla progettazione
- Scelta dei carichi. Individuare quali siano i carichi che la struttura dovrà supportare
- Scelta di progetto. Fase di progetto, si prendono le decisioni in merito a geometria, dimensioni.
- Scelta di modellazione. Schematizzazione della struttura attraverso la formulazione matematica
- Analisi. Valutazione delle azioni interne: tensioni, resistenza, coefficiente di sicurezza
- Collaudo. Al termine della progettazione, verifica finale della struttura realizzata
Statica delle travi
Per trave si intende un solido generato da un’area piana (sezione trasversale) di forma, dimensioni variabili con continuitàmantenendosi ortogonale alla traiettoria descritta dal baricentro. La trave si può generare anche tramite il movimento di un
area A lungo una curva Essa viene schematizzata come un corpo rigido libero di ruotare e traslare descritto dai parametri
lagrangiani.
Quando l’asse della trave sta su un piano si parla di TRAVE PIANA.
I parametri lagrangiani per una trave piana sono 3 dunque mi necessitano solo 2 coordinate e un angolo.
Vincoli
Per evitare ogni possibile spostamento che possa pregiudicare la funzionalità e sicurezza della struttura vengono introdotti icosiddetti «vincoli»
I vincoli sono enti fisici collegati ad una struttura in grado di bloccare le possibilità cinematiche di spostamento attraverso
azioni meccaniche trasmesse alla struttura Queste prendono il nome di reazioni vincolari.
Affinché il sistema stia in equilibrio deve esistere un insieme di forze agenti sul corpo risultante nulla tra le forze agenti
attive (per azione di carichi esterni) e le reattive vincolari (per effetto dei vincoli ad esempio, che sono predisposti a
provocare il bloccaggio). Esistono differenti tipologie di vincoli classificate in base al numero di gradi di libertà bloccati: VINCOLO TRIPLO, VINCOLO DOPPIO, VINCOLI SEMPLICI.
Un vincolo blocca i possibili movimenti della struttura. Movimenti da intendere come spostamenti infinitesimi relativi alla cinematica della struttura. Vi sono diverse tipologie di vincoli individuati in base ai gradi di libertà che bloccano. I vincoli possono bloccare gli spostamenti lungo le direzioni x, y e le rotazioni.
Ad ogni spostamento bloccato corrisponde una reazione vincolare che effettivamente vincola la possibilità di movimento e/o rotazione in quella direzione.
Si definisce molteplicità di un vincolo il numero di gradi di libertà inibiti.
Tipologie di strutture
L’unione di due o più travi prende il nome di «Struttura» È essenziale valutare se la struttura mantiene gradi di libertà di corpo rigido o meno.Il computo dei gradi di libertà prevede
[math]g=3n-\mu[/math]
dove g è il numero di gradi di libertà, n è il numero di travi presenti, collegate attraverso i vincoli, mentre [math]\mu[/math]
è il numero di Molteplicità totale dei vincoliEsistono 3 diverse casistiche di tipologie di strutture.
La struttura presenta gradi di libertà non bloccati, dal punto di vista cinematico viene definita Struttura Ipercinematica .
Struttura Labile
Dal punto di vista statico è definita Struttura Labile o Ipostatica.
[math]g>0[/math]
Struttura Isostatica
La struttura presenta gradi di libertà pari al numero di gradi bloccati, dal punto di vista cinematico viene definita Struttura Isocinematica . Dal punto di vista statico prende il nome di Struttura Isostatica.
[math]g=0[/math]
Struttura Iperstatica
La struttura presenta più vincoli di quanti ne necessitano, dal punto di vista cinematico viene definita StrutturaIpocinematica . Dal punto di vista statico prende il nome di Struttura Iperstatica.
[math]g
Le tubazioni che portano i fluidi caldi devono essere coibentate per evitare che la temperatura si abbassi fino ad arrivare ai corpi radianti. Però devono essere coibentate anche le tubazioni che sono i piedi freddi, per evitare condensa e stillicidio nella stagione estiva. Una volta i tubi venivano fatti passare nei muri, invece ora si utilizzano i vani tecnici (come ad esempio sotto la porta) questo per minimizzare fori nelle murature. La rete di distribuzione per l'impianto di climatizzazione può avere le seguenti configurazioni: rete verticale a colonne montanti (cioè prevede la realizzazione di una distribuzione orizzontale alla base dell'edificio, da cui partono due tubazioni verticali una di andata e una di ritorno in corrispondenza dei termosifoni). È una scelta economica però non permette la distribuzione omogenea del riscaldamento di tutte le case. Poi abbiamo la rete orizzontale a collettore complanare (cioè prevede per ogni alloggio collettori di distribuzione collegati alle colonne montanti di andata e di ritorno una rete orizzontale di tubazioni). Questo tipo di impianto ci permette di scaldare le zone occupate, quindi siamo più liberi. Poi abbiamo la rete orizzontale monotubo (cioè si realizza lungo il perimetro della casa una tubazione ad anello alla quale sono collegati i radiatori). In questo caso i radiatori sono collegati in serie. In questi casi arriva solo il 50% della portata mentre la parte restante viene indirizzata al radiatore successivo. I rendimenti del sistema di distribuzione dipendono dalla tipologia di distribuzione, dalla lunghezza dei tubi, dai materiali utilizzati e dalla presenza o assenza di coibentazione. Più sono puliti e più il rendimento è alto.
Sistema di distribuzione
Dopo aver compreso i concetti base sulla progettazione, struttura e vincoli di una struttura, si può procedere alla comprensione del sistema di distribuzione delle tubature.Le tubazioni che portano i fluidi caldi devono essere coibentate per evitare che la temperatura si abbassi fino ad arrivare ai corpi radianti. Però devono essere coibentate anche le tubazioni che sono i piedi freddi, per evitare condensa e stillicidio nella stagione estiva. Una volta i tubi venivano fatti passare nei muri, invece ora si utilizzano i vani tecnici (come ad esempio sotto la porta) questo per minimizzare fori nelle murature. La rete di distribuzione per l'impianto di climatizzazione può avere le seguenti configurazioni: rete verticale a colonne montanti (cioè prevede la realizzazione di una distribuzione orizzontale alla base dell'edificio, da cui partono due tubazioni verticali una di andata e una di ritorno in corrispondenza dei termosifoni). È una scelta economica però non permette la distribuzione omogenea del riscaldamento di tutte le case. Poi abbiamo la rete orizzontale a collettore complanare (cioè prevede per ogni alloggio collettori di distribuzione collegati alle colonne montanti di andata e di ritorno una rete orizzontale di tubazioni). Questo tipo di impianto ci permette di scaldare le zone occupate, quindi siamo più liberi. Poi abbiamo la rete orizzontale monotubo (cioè si realizza lungo il perimetro della casa una tubazione ad anello alla quale sono collegati i radiatori). In questo caso i radiatori sono collegati in serie. In questi casi arriva solo il 50% della portata mentre la parte restante viene indirizzata al radiatore successivo. I rendimenti del sistema di distribuzione dipendono dalla tipologia di distribuzione, dalla lunghezza dei tubi, dai materiali utilizzati e dalla presenza o assenza di coibentazione. Più sono puliti e più il rendimento è alto.
Domande da interrogazione
- Qual è il problema strutturale principale affrontato nella progettazione di una struttura?
- Quali sono le scelte preliminari che un progettista strutturale deve fare?
- Cosa si intende per vincoli in una struttura e quali tipi esistono?
- Quali sono le tipologie di strutture in base ai gradi di libertà?
- Quali sono le configurazioni possibili per un sistema di distribuzione delle tubature?
Il problema strutturale principale consiste nello studio del comportamento meccanico della struttura sollecitata da forze di varia natura, valutando tensioni e spostamenti per giudicare la capacità della struttura di rispondere ai carichi.
Le scelte preliminari includono la scelta dei materiali, dei carichi, delle decisioni di progetto riguardanti geometria e dimensioni, e la modellazione matematica della struttura.
I vincoli sono enti fisici che bloccano i movimenti della struttura attraverso reazioni meccaniche. Esistono vincoli tripli, doppi e semplici, classificati in base ai gradi di libertà bloccati.
Le tipologie di strutture includono Struttura Ipercinematica (gradi di libertà non bloccati), Struttura Isostatica (gradi di libertà pari ai gradi bloccati), e Struttura Iperstatica (più vincoli del necessario).
Le configurazioni includono la rete verticale a colonne montanti, la rete orizzontale a collettore complanare, e la rete orizzontale monotubo, ognuna con specifiche caratteristiche di distribuzione e rendimento.
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