Predimensionamento piccolo edificio in acciaio

ESERCITAZIONE ACCIAIO

L'ingegneria strutturale è una disciplina che si pone l'obbiettivo di ideare, calcolare, realizzare e gestire opere artificiali seguendo opportuni metodi scientifici con opportune norme tecniche.

La norma a cui si serve garantire determinate livelli di sicurezza e prestazione delle strutture ma anche a definire i doveri e le responsabilità del progettista. Viene chiamata più riferibile è norma tecnica NTC 2018 a noi interessa capitolo 4, 5, 7, 11, 12.

Oltre a una normativa c'è anche la circolare esplicativa che serve a chiarire alcuni punti della normativa stessa.

MATERIALI:

• Acciaio
• Materiali per poter essere utilizzati devono essere:
• Identificati
• Accettati
• Qualificati

Per l'acciaio possiamo distinguere due categorie:

• Laminati a caldo ovvero i profilati per le nostre travi e le colonne, ma anche per i banci di armatura per il c.a.
• Laminati a freddo parliamo delle lamiere grecato, utilizzate soprattutto per i solai in acciaio.

Per definire le caratteristiche di un acciaio si esegue una prova sperimentale trazione mono assiale.

FASE ELASTICA c'è una proporzionalità tra sforzo (^σ) e deformabilità (^ε) e viene indicato come E = modulo di Young

SNOTEVOLE CAMBIEREZZO Una caduta nella resistenza del materiale

_{fy = Ny / A0 Ny sforzo letto dalla macchinaA0 = creatine area del provino}

3) Comportamento plastico

Questa fase è caratterizzata da

deformazioni irreversibili raggiungiamo la resistenza ultima

f_tm = f_t =

N_t,ult / A_fine

4) Stabilità: deformazione locale

5) Rottura: il profilo si rompe

L'acciaio è un materiale duttile ovvero hanno un

comportamento simmetrico a trazione e compressione

Il modulo di Young vale E = 210000 N/mm² ≈ Alta

Tensione di snervamento: f_y

Tensione di rottura: f_t

Abbiamo diverse tipologie di acciaio

S 235 → f_e 360

S 275 → f_e 430

S 355 → f_e 510

S 450 → f_e 550

Per esempio si sceglie S 235,

f_y = 235 N/mm² ⇒ ovvero che per ogni mm² l'acciaio riesce a

supportare 23,5 kg

f_t = 360 N/mm²

Vediamo le curve caratteristiche dei diversi acciai:

Diagramma sperimentale

f_t

S355

S275

S235

ε

Più l'acciaio è resistente e

più la rottura viene raggiunta

prima, minore è la resistenza

e più nero avviene una

deformazione di rottura graduale

Questa proprietà è chiamata duttilità: ovvero la capacità del

materiale di accumulare deformazioni plastiche prima di raggiungere

la rottura.

Controventi

Una struttura in acciaio è costituita da elementi modulari.

Se applico un carico verticale sulla mia struttura non succede nulla.

Se applico un carico orizzontale la mia struttura diventa labile.

Per fronteggiare questo problema inserisco i controventi che mi tensionano per la struttura.

La funzione del controvento è quella di contrastare le azioni orizzontali: il vento o il sisma.

Generalmente si utilizzano profili:

Azioni di Progetto

La teoria con la quale si calcolano le azioni di progetto è il metodo semi probabilistico di coefficienti parziali. Per le azioni si segue un valore caratteristico Q_R che corrisponde al fractile al 95%. Poiché vogliamo un ulteriore margine di sicurezza passiamo dal valore caratteristico a quello di progetto (design) attraverso dei coefficienti di sicurezza.

Q_d = λ_f · Q_R (per le azioni nuove)

Per quanto riguarda le resistenze abbiamo:

R_d = R_R/λ_m (per le resistenze base)

Calcolo delle Azioni di Progetto

Le azioni che agiscono sugli struttura sono:

• Peso proprio
• Carichi dovuti all'uso, dipendono dalla destinazione d'uso
• Vento
• Neve

Queste azioni devono essere combinate tra di loro.

Metodo dei coefficienti parziali (2.5.3 NTC 2008)

Esistono due tipi di combinazione:

• Combinazione agli S.L.U. (resistenza)
• Combinazione agli S.L.E. (utilizzo)

Combinazione agli Stati Limite Ultimi

Σγ_G G_k + Σγ_Q Q_k + Σψ_o.i γ_Qi Q_ik + 1.0 P* ru ...

F_d = azioni di progetto

G_K = carichi permanenti strutturali

g_K = carichi permanenti non strutturali

Q_R = azione variabile principale

Q_ik = azione variabile i-esima / azioni variabili secondarie

P = pretensione o pre-compressione

γ_G = ^1.3/_1.0 casi favor...li

γ_Gf = ^1.5/_1.0 caso sfavorevole

Ora ho determinato il valore minimo di W_pl e vado sul prontuario a scegliere il nuovo profilo.

Scegli un IPE 450 con W_pl = 1702 cm³ P.P. = G_k = 9.726 kN/m

Devo ricominciare da capo

F_sd = 8_cG_k + 8_QQ_k = 8.3·0.726+1.5·2.2+1.5·2 = 37 kN/m

T_max = p·l/2 = 37·8/2 = 148 kN

M_max = p·l²/8 = 37·8²/8 = 296 kNm

Calcolo il momento resistente massimo:

M_gr,d = V_pl·f_yk = 1702·20·1

- - - -

8·10₃ - - - -

= 380,9 kNm

Eseguo la verifica:

M_ed < 1 => 2₇₆/M_pl => 29.8 < 1 => 0.28 < 1 => verifica soddisfatta

Verifica a taglio

Facciamo un'analisi in tipo plastico:

Calcoliamo l'area della lama (si indica solo l'ordinata ot ₁)

A_w = A - 2(f_t + (t_w + 2t_f)): t_f = 2.882-2.790.4.6.5"5(294, 2+2.2.2) -414.65> 7₄₈/656.8 < 1 => 0.22 < 1 => verifica soddisfatta

In generale questo è un punto V_sd viene compasso tipo 0.22: _Vsd

C_pi = ± 0,8 per A₁ A_{2 aperta}

C_pi = ± 0,5 per edificio con una parete completamente aperta

Per i calcoli che faremo noi, useremo un trucco: diremo

che le aperture sulla parete sopravento sono le stesse che

stanno su quella sottovento, quindi l'azione si annulla.

1) Calcolo del coefficiente dinamico

Generalmente nei nostri calcoli consideriamo

C_d = 1 solo nei casi in cui l'altezza dell'edificio h ≤ 80

2) Calcolo della pressione

P_i = Q_i C_e C_d C_i (NTC 2018 3.3.4)

P_i = pressione ortogonale alla parete sopravento dell'edificio

P_i = Q_i C_e C_pi C_d = 0 nel nostro caso

Adesso facciamo il calcolo di quanto detto di un edificio

che analizzeremo più avanti

SFO: Roma

Edificio di civile abitazione

(Seguiamo i punti visti prima)

1️⃣ Vita nominale

V_n = 50 anni → T_R = 50 anni

2️⃣ Zona di appartenenza

V_b,0 = 27 m/s

Q_b = 500 m

k_s = 0,020 √3