Analisi statica e dinamica di un Edificio Prefabbricato

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA

D

IPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE EDILE E AMBIENTALE

D

ICEA

R D S

ELAZIONE DI INAMICA DELLE TRUTTURE

P A E P

ROGETTO E NALISI DI UN DIFICIO REFABBRICATO

A 2014-2015

NNO ACCADEMICO

1 DESCRIZIONE DEL PROBLEMA ........................................................................................................... 4

2 INTRODUZIONE NORMATIVA NTC 2008 .............................................................................................. 5

2.1 G S L ................................................................................................................................ 5

LI TATI IMITE

2.1.1 Stati limite in assenza di azioni sismiche .................................................................................. 5

2.1.2 Stati limite in presenza di azioni sismiche ................................................................................ 6

2.2 V , ’ ................................................................... 7

ITA NOMINALE CLASSE D USO E PERIODO DI RIFERIMENTO

2.2.1 Vita Nominale ........................................................................................................................... 7

2.2.2 Classe d’uso ............................................................................................................................. 8

2.2.3 Periodo di riferimento ............................................................................................................... 8

2.3 A ................................................................................................................. 8

ZIONI SULLE COSTRUZIONI

2.4 C .............................................................................................................. 9

OMBINAZIONE DELLE AZIONI

3 ANALISI DEI CARICHI .......................................................................................................................... 10

3.1 C P S ........................................................................................... 11

ARICHI ERMANENTI NON TRUTTURALI

3.1.1 Solai intermedi........................................................................................................................ 11

3.1.2 Solaio di copertura ................................................................................................................. 11

3.2 C V ............................................................................................................................ 12

ARICHI ARIABILI

3.2.1 Solai intermedi........................................................................................................................ 12

3.2.1.1 Uffici ..................................................................................................................................................... 12

3.2.1.2 Deposito ............................................................................................................................................... 12

3.2.2 Solaio di copertura ................................................................................................................. 12

3.2.2.1 Manutenzione ....................................................................................................................................... 12

3.2.2.2 Neve ..................................................................................................................................................... 12

3.2.2.3 Vento .................................................................................................................................................... 14

3.3 C P S .................................................................................................. 16

ARICHI ERMANENTI TRUTTURALI

3.3.1.1 Scelta dei tegoli per il solaio ................................................................................................................. 17

3.3.1.1.1 Solaio intermedio ............................................................................................................................ 17

3.3.1.1.2 Solaio di copertura .......................................................................................................................... 19

4 COMBINAZIONE DELLE AZIONI .......................................................................................................... 19

4.1 C SLU .......................................................................................................................... 19

OMBINAZIONI

4.1.1 SLU – Massimo sforzo normale su pilastri, massimo momento in campata ........................... 20

4.2 C SLE .......................................................................................................................... 21

OMBINAZIONI

4.2.1 SLE – Quasi permanente ....................................................................................................... 21

4.3 C S ................................................................................................................... 22

OMBINAZIONE ISMICA

5 MATERIALI ADOTTATI ......................................................................................................................... 25

5.1 C ............................................................................................................................... 25

ALCESTRUZZO

5.2 A ’ ...................................................................................................... 25

CCIAIO PER BARRE D ARMATURA

5.3 A ........................................................................................................ 26

CCIAIO DA PRECOMPRESSIONE

5.4 C ................................................ 26

ONSIDERAZIONI SUL MODULO ELASTICO DEL CALCESTRUZZO ARMATO

5.4.1 Elemento in solo calcestruzzo ................................................................................................ 26

5.4.2 Elemento in calcestruzzo armato ........................................................................................... 27

5.4.3 Confronto e differenze ............................................................................................................ 27

6 DIMENSIONAMENTO DELLA STRUTTURA ........................................................................................ 29

6.1 D ’ ’ ........................................................... 29

IMENSIONAMENTO DELL ARMATURA DEI TEGOLI D INTERPIANO

6.2 D L.................................................................................................. 32

IMENSIONAMENTO DELLE TRAVI A

6.3 D T ................................................................................................. 35

IMENSIONAMENTO DELLE TRAVI A

6.4 D ....................................................................................................... 38

IMENSIONAMENTO DEI PILASTRI

6.4.1 Disposizione dei pilastri in pianta ........................................................................................... 40

6.4.2 Calcolo della posizione del centro di massa e rigidezza ........................................................ 41

7 MODELLO TRIDIMENSIONALE DELL’EDIFICIO ................................................................................. 43

7.1 G ’ , ................................................................................. 43

EOMETRIA DELL EDIFICIO ELEMENTI E VINCOLI

7.1.1 Applicazione della massa nel sistema – valido per l’analisi dinamica .................................... 43

7.1.2 Vincoli adottati ........................................................................................................................ 43

7.1.2.1 Vincoli sugli elementi orizzontali .......................................................................................................... 44

7.1.2.2 Vincoli sugli elementi verticali .............................................................................................................. 44

7.1.3 Elementi utilizzati.................................................................................................................... 45

7.2 N ............................................................. 47

OMENCLATURA DEI CARICHI E DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI

7.2.1 Nomenclatura e carichi sulle campate dell’edificio ................................................................. 47

8. ANALISI DELLE AZIONI STATICHE .................................................................................................... 49

8.1 I N ........................................................................................... 49

NTRODUZIONE CONCETTI DA ORMATIVA

8.1.1 Gli stati limite .......................................................................................................................... 49

8.1.1.1 Stati limite in assenza di azioni sismiche ............................................................................................. 49

8.1.1.2 Stati limite in presenza di azioni sismiche ............................................................................................ 49

8.2 S ....................................................................................................................... 51

TATO LIMITE ULTIMO

8.2.1 Richiamo delle combinazioni utilizzate ................................................................................... 51

8.2.1.1 SLU - massimo sforzo normale al pilastro e massimo momento in campata ...................................... 51

8.2.1.1.1 Telaio in direzione YX trave a L ...................................................................................................... 52

8.2.1.1.2 Telaio in direzione YX trave a T ...................................................................................................... 54

8.3 S ............................................................................................................... 56

TATO LIMITE DI ESERCIZIO

8.3.1 SLE quasi permanente – deformazioni negli elementi strutturali ............................................ 56

8.3.2 Resoconto delle deformazioni nei vari elementi ..................................................................... 56

8.3.2.1 Telaio con trave a L .............................................................................................................................. 57

8.3.2.2 Telaio con trave a T ............................................................................................................................. 57

9. ANALISI DELLE AZIONI DINAMICHE .................................................................................................. 58

9.1 C ’ – NTC08 .......................................................................... 58

ONCETTI GENERALI SULL AZIONE SISMICA

9.1.1 Stati Limite ............................................................................................................................. 58

9.2 C .............................................................................. 59

ARATTERISTICHE E REQUISITI DELLA STRUTTURA

9.2.1 Struttura in esame .................................................................................................................. 60

8.1.1.1 Calcolo delle masse ............................................................................................................................. 60

9.2.2 Regolarità in pianta e in altezza ............................................................................................. 61

9.1.1.1 Regolarità in pianta .............................................................................................................................. 61

10.1.1.1 Regolarità in altezza ............................................................................................................................. 61

9.2.3 Vita Nominale V .................................................................................................................... 62

N

9.2.4 Classe d’uso ........................................................................................................................... 62

9.2.5 Coefficiente d’uso C ............................................................................................................. 63

U

9.2.6 Periodo di riferimento V ........................................................................................................ 63

R

9.2.7 Categoria del suolo ................................................................................................................ 63

9.2.8 Probabilità di superamento del periodo di riferimento ............................................................ 64

9.2.9 Periodo di ritorno T ............................................................................................................... 64

R

9.2.10 Fattore di struttura q ............................................................................................................... 65

9.2.11 Periodo di vibrazione T ......................................................................................................... 68

1

9.2.12 Categoria Topografica del sito ............................................................................................... 69

9.2.13 Amplificazione stratigrafica ..................................................................................................... 69

9.3 V ’ - .................................................................................... 70

ALUTAZIONE DELL AZIONE SISMICA SPETTRI

9.3.1 Verifica di ammissibilità di T .................................................................................................. 72

1

11.1.1.1 Verifica ammissibilità per T ................................................................................................................. 72

C

12.1.1.1 Verifica ammissibilità per T ................................................................................................................. 72

D

9.3.2 Spettro di risposta elastico in accelerazione .......................................................................... 73

13.1.1.1 Spettro di risposta elastico in accelerazione delle componenti orizzontali ........................................... 73

14.1.1.1 Spettro di risposta elastico in accelerazione delle componenti verticali ............................................... 74

9.3.3 Spettro di progetto .................................................................................................................. 75

15.1.1.1 Spettro di progetto per lo stato limite ultimo ......................................................................................... 75

16.1.1.1 Spettro di progetto per lo stato limite di esercizio ................................................................................ 76

9.4 A .................................................................................................................. 77

NALISI STATICA LINEARE

9.4.1 Condizioni di applicabilità ....................................................................................................... 77

9.4.2 Valutazione dell’azione sismica – calcolo delle forze equivalenti ........................................... 77

17.1.1.1 Calcolo delle forze Fi ............................................................................................................................ 78

18.1.1.1 Effetti torsionali ..................................................................................................................................... 79

19.1.1.1 Forze e momenti effettivi da applicare ................................................................................................. 81

9.4.3 Combinazioni per lo studio dell’azione sismica con analisi statica lineare ............................. 81

9.4.4 Risultati ottenuti e sollecitazioni in analisi statica lineare

........................................................ 83

9.4.4.1 Solo sisma in direzione X ..................................................................................................................... 83

9.4.4.2 Solo sisma in direzione Z ..................................................................................................................... 88

9.4.4.3 Solo SLE quasi permanente ................................................................................................................ 93

9.4.4.4 Raccolta dati per confronto con analisi dinamica lineare ..................................................................... 97

9.5 A .............................................................................................................. 101

NALISI DINAMICA LINEARE

9.5.1 Condizioni di applicabilità ..................................................................................................... 101

9.5.2 Valutazione dell’azione sismica e delle masse applicate ..................................................... 101

9.5.2.1 Applicazione dell’azione sismica ........................................................................................................ 102

9.5.2.2 Calcolo delle masse applicate al modello .......................................................................................... 102

9.5.2.2.1 Non-Structural Mass ..................................................................................................................... 103

9.5.3 Combinazioni per lo studio dell’azione sismica con analisi dinamica lineare ....................... 103

9.5.4 Passi per l’esecuzione dell’analisi dinamica lineare ............................................................. 103

9.5.4.1 Esecuzione dell’analisi Natural Frequency ........................................................................................ 103

9.5.4.1.1 Nozioni teoriche sull’analisi ........................................................................................................... 103

9.5.4.1.2 Analisi modale applicata al modello in esame .............................................................................. 104

9.5.4.2 Considerazioni sul Periodo di vibrazione T1 ...................................................................................... 108

9.5.4.3 Esecuzione dell’analisi Spectral Response ........................................................................................ 110

9.5.4.3.1 Nozioni teoriche sullo Smorzamento ............................................................................................ 110

9.5.4.3.2 Analisi spettrale ............................................................................................................................. 112

9.5.4.3.3 Combinazione dell’azione sismica con la combinazione SLE quasi permanente...