Appunti del corso di Progetto di edifici complessi

PROGETTO DI EDIFICI COMPLESSI

A.A. 2019/2020 1

Sommario

INTRODUZIONE AL CORSO .................................................................................................................................................. 3

EDIFICI DI GRANDI DIMENSIONI: IL NUOVO POLO ESPOSTIVO DI FIERA MILANO ......................................................... 3

ASPETTI DI SICUREZZA AL FUOCO ....................................................................................................................................... 4

STRUTTURA – INVOLUCRO ............................................................................................................................................... 10

LE COPERTURE DI GRANDI DIMENSIONI ........................................................................................................................... 14

IL PROGETTO DELL’INVOLUCRO DI EDIFICI COMPLESSI .................................................................................................... 23

ESEMPI DI PARTICOLARI ESECUTIVI: ................................................................................................................................. 41

INTEGRAZIONE IMPIANTISTICA ........................................................................................................................................ 48

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INTRODUZIONE AL CORSO

Il corso tratta gli aspetti principali del processo progettuale di un edificio complesso, al fine di poter

implementare la conoscenza delle architetture complesse di elevata altezza, grande estensione in

superficie e volume e complessità impiantistica.

Piu nel dettaglio, quando si parla di edifici complessi ci si focalizza su:

complessità e specializzazione deli organismi edilizi

modalità di gestione

sicurezza al fuoco e riflessi sulla progettazione

progetto dell’involucro: obiettivi, problemi critici, soluzioni tipiche

ingegneria delle facciate e sistemi di manutenzione

progetto per le coperture di grandi dimensioni

influenza della tipologia strutturale e comportamento in opera degli elementi di chiusura

orizzontale e verticale, partizione e finitura interna

integrazione dei sistemi impiantistici

integrazioni di centrali

PROGETTAZIONE -> LIVELLO PRELIMINARE -> LIVELLO DEFINITIVO -> LIVELLO ESECUTIVO

Livello esecutivo: ingegnerizzazione delle lavorazioni. Definisce in ogni particolare (architettonico,

strutturale e impiantistico) l’intervento da realizzare. Viene redatto nel pieno

rispetto del progetto definitivo.

Low Energy Building – Climate Sensitive Building: dal componente come elemento di mediazione della

forzante climatica al componente di trasformazione dell’energia.

Da cosa dipende la complessità?

Dimensioni in pianta ed altezza

forma (articolata, fluida, curva)

destinazioni d’uso e funzioni

prestazioni

attrezzature

regolazioni

impianti

comportamento in caso di incendio

EDIFICI DI GRANDI DIMENSIONI: IL NUOVO POLO ESPOSTIVO DI FIERA MILANO

Polo espositivo realizzato a Rho-Pero, composto ad 8 padiglioni: 4 monoplanari, 2 monoplanari atipici. 2

biplanari, un centro servizi, reception, uffici, bar e ristoranti.

Padiglione monoplanare tipo

Struttura: Pianta 230x165 m

Pilastri in acciaio, maglia 40x40

Orditure di travi reticolari primaria e secondaria, arcarecci in profili d’acciaio

Copertura a bassissima pendenza 3

Impianti: HVAC

Illuminazione forzata e motrice

Sistemi antincendio

Idrosanitario

Centrale fotovoltaica

distribuzione impiantistica a pavimento e soprelevata

utilizzo di acqua di falda

teleriscaldamento che utilizza rifiuti solidi

vernici fotocatalitiche per neutralizzare l’inquinamento

riduttori di onde elettromagnetiche

Copertura: canali di gronda perimetrali e scala di accesso in copertura

corpi emergenti e zona di raccordo tra manto di copertura e lucernario troncoconico

integrazione del canale di gronda disposto perimetralmente a monte del lucernario

corpi emergenti dal manto: evacuatori fumo e calore e canne di ventilazione

-> intervento di manutenzione: sostituzione del sistema metallico aggraffato con un sistema a scatto

ASPETTI DI SICUREZZA AL FUOCO

Il caso più grave di incendio in un edificio complesso è quello della Greenfeel Tower di Londra del 2017. Si

tratta del più grande incendio del Regno Unito. L’incendio è stato innescato dal corto circuito provocato da

un frigorifero difettoso in un appartamento al quarto di 24 piani. Inizialmente il fuoco è stato spendo, ma le

fiamme hanno contemporaneamente fatto in tempo a raggiungere il rivestimento esterno propagandosi

velocemente verso i piani superiori. L’effetto camino, la mancata compartimentazione e l’assenza di

appositi impianti antincendio hanno avuto un ruolo fondamentale durante la dinamica dell’incendio,

muovendo le fiamme verso i piani superiori. Le fiamme erano divampate tra il cappotto esterno e il

rivestimento isolante, in uno spazio largo 50 centimetri. L’isolante, di plastica infiammabile, alimentò

l’incendio. Il fuoco iniziò ad entrare nelle case dei piani superiori dalle finestre, i cui vetri erano esplosi a

causa dell’alta temperatura.

L’obiettivo della sicurezza antincendio è quello di tutelare la vita umana, l’incolumità delle persone e l

tutela dei beni e dell’ambiente. Viene quindi effettuata una valutazione del rischio incendio e applicare

delle strategie.

Flessibilità progettuale: scelta del livello di prestazione

elaborazione soluzione alternativa

Compartimento antincendio: parte di edificio delimitata da elementi costruttivi di resistenza al fuoco

predeterminata e organizzato per rispondere alle esigenze della prevenzione incendi

Verticale: muro tagliafuoco + porte antincendio

Orizzontale: solaio antincendio 4

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È preferibile che non ci siano attraversamenti nei muri tagliafuoco, nel caso in cui fosse necessario,

l’attraversamento deve avere un grado di sicurezza equivalente.

Cosa considerare nella compartimentazione

completa protezione delle zone adibite all’esodo

separazione dei rischi e delle diverse attività

separazione degli spazi che mettono in comunicazione i vari compartimenti

creazione di zone di rifugio temporaneo (per consentire l‘esodo progressivo orizzontale)

altezza antincendio

presenza di piani interrati

presenza di zone di accesso all’interno dell’edificio per l’intervento contro l’incendio da parte dei

vigili del fuoco

installazione di un impianto sprinkler o water mist

REI

Resistenza, R: capacità portante di un elemento di costruzione di resistere all’esposizione al fuoco sotto

azioni meccaniche specificate

Integrità, E: capacità di un elemento di costruzione con funzione di separazione di resistere

all’esposizione al fuoco su un solo lato. Viene valutata l’integrità sulla base di tre aspetti:

fessure e aperture, accensione di un’imbottitura di cotone, infiammabilità persistente sul

lato non esposto

Isolamento I: capacità di un elemento da costruzione di resistere all’esposizione al fuoco su un solo lato,

termico senza trasmettere il fuoco dal lato esposto al lato non esposto in conseguenza a una

trasmissione di calore significativa

Protezione

- attiva: immediato riconoscimento dell’incendio e presenza di sistemi per il suo spegnimento

- passiva: compartimentazione antincendio dell’edificio con impiego di elementi costruttivi con resistenza al

fuoco predeterminata

“Requisiti di Sicurezza antincendio nelle facciate degli edifici civili”

(Circolare n. 5043 ‐ 15/04/2013 del Ministero degli Interni)

Documento che ha lo scopo di limitare la probabilità di propagazione di un incendio originato all’interno di

un edificio, limitare la probabilità di incendio di una facciata, limitare in caso di incendio la caduta di

porzioni di rivestimento.

Tipici scenari di innesco di facciate combustibili:

- diffusione dell’incendio sulla facciata per irraggiamento da edifici vicini

- diffusione tramite lapilli o incendio di oggetti posti all’esterno (su balconi, logge)

- diffusione attraverso aperture 6

Soluzioni adottate:

- barriere tagliafuoco di materiali non combustibili che interrompono pannelli di materiale combustibile e

bloccano la propagazione delle fiamme

- fasce tagliafuoco di materiali termoisolanti incombustibili

- intercapedine antincendio: vano di distacco con funzione di aerazione e di scarico dei prodotti della

combustione o di persone 7

- luogo sicuro: spazio scoperto o compartimento antincendio

- spazio calmo per l’esodo di persone con ridotte capacità motorie

- corridoio cieco: cercare di ridurre il più possibile la lunghezza oppure evitarlo

Evacuatori fumo e calore

metodo attivo di controllo ai fini della sicurezza, contro il pericolo dei fumi. Consente di scaricare fumo e

gas caldi accumulati nel locale. Consente di scaricare fumo e gas caldi accumulati nel locale. Un impianto di

EFC per essere efficace deve intervenire nei primi minuti.

Lunghezza vie d’esodo

15-30 metri per aree a rischio di incendio elevato

30-45 metri per aree a rischio di incendio medio

45-60 metri per aree a rischio di incendio basso 8

Scale

Ascensori

Ordinario: non utilizzabile in caso d’incendio

Antincendio: utilizzabile in caso di incendio dai vigili del fuoco e dagli addetti al servizio antincendio

Di soccorso: utilizzabile in caso di incendio dai vigili del fuoco

Vano ascensore

- aperto: non costituisce compartimento antincendio, le pareti del vano corsa e le porte devono essere

realizzate con materiali non combustibili 9

- protetto: vano in cui le pareti rispettano le seguenti caratteristiche: le pareti del vano e le porte devono

avere le stesse caratteristiche di resistenza al fuoco del compartimento

- a prova di fumo: soddisfa i seguenti requisiti: le pareti del vano sono separate dal resto dell’edificio

mediante filtro a prova di fumo, le pareti devono avere le stesse caratteristiche di resistenza al fuoco, le

porte di piano, aree di piano con almeno un lato verso uno spazio scoperto, ovvero verso i filtri a prova di

fumo

Ascensore antincendio

Il vano di corsa deve rispondere alle caratteristiche di vano a prova di fumo. Tutti i piani devono essere

serviti dall’ascensore, l’uscita deve immettere in luogo sicuro direttamente o tramite percorso orizzontale

protetto, le pareti devono essere distinte da quelle degli eventuali altri ascensori, REI 60, linea di

alimentazione dedicata, limitare il flusso d’acqua nel vano corsa, non viene computato nella valutazione

delle vie d’esodo. La normativa prevede la presenza di un filtro a prova di fumo.

Ascensore di soccorso

Inteso come presidio antincendio ad uso esclusivo delle squadre di soccorso. Si consiglia il posizionamento

in prossimità del perimetro in posizione facilmente accessibile dall’esterno. Il numero degli ascensori deve

essere definito in modo da servire l’intera superficie orizzontale di ciascun piano dell’edificio, non ha

azionamento di tipo idraulico, porte ad azionamento manuale, interruttore a chiave.

STRUTTURA – INVOLUCRO

Tipologie strutturali: elementi prefabbricati in calcestruzzo armato

struttura in acciaio

struttura in legno (CLT: cross laminated timber)

struttura in calcestruzzo armato

strutture miste (legno lamellare-calcestruzzo armato-acciaio)

Problemi frequenti: pannelli in EPS non fissati al supporto di base e non ancorate al perimetro

Strappamento e sollevamento del pacchetto di copertura per infiltrazione del vento

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Giunti strutturali e dilatazioni

Sono interruzioni della continuità dell’edificio, sono realizzati per

evitare che le variazioni di temperatura provochino stati di

coazione e permettono la libera dilatazione, evitano i

danneggiamenti dovuti ad azioni sismiche. 12

Facciate continue

Facciate caratterizzate dalla massima trasparenza, appese ai piani superiori e non appoggiate ai piani

inferiori. Appoggiare i montanti ai piani inferiori non è conveniente in quanto i profili verticali, molto snelli,

sono soggetti al carico del peso proprio della vetrata, questo comporta sezioni maggiori. Nel caso in cui la

facciata è appesa, l’azione dei pesi propri sui montanti si traduce in azione di trazione e i profili possono

essere di sezione più ridotta. I vincoli dei montanti devono consentire le dilatazioni termiche verticali 13

LE COPERTURE DI GRANDI DIMENSIONI

Le coperture di grandi dimensioni sono caratterizzate dall’alta incidenza del costo della sezione corrente e

dalla bassa incidenza del costo dei particolari di dettaglio. Questo implica maggiore incidenza del costo dei

materiali e minore incidenza del costo della mano d’opera. È quindi necessario ottimizzare il costo della

sezione corrente e il peso proprio. Occorre quindi uno studio della raccolta delle acque meteoriche, della

resistenza al vento, degli strati di impermeabilizzazione, della durabilità della copertura.

Illuminazione e sicurezza antincendio: EFC, elementi traslucidi e condotto di luce naturale

Coperture con manto di tenuta con doghe metalliche a lunghezza di falda

Grazie alla loro particolare conformazione e l’ancoraggio nascosto, consentono la mobilità del manto e

garantiscono la tenuta anche con pendenze dell’1%.

Elevata ecocompatibilità garantita dallo smontaggio meccanico delle doghe e dall’elevata possibilità di

recupero e riciclo di tutti i componenti del sistema.

Sistema caratterizzato da:

- posa in opera a scatto o con aggraffatura

- presenza di camere di decompressione e di canali di drenaggio

- sistema di fissaggio scorrevole che consente le dilatazioni

termiche

Staffe: vincoli a pattino con basso attrito, realizzate in nylon,

agevolano i movimenti termici longitudinali del manto. Sono

dotati di basetta perforata in cui inserire le viti e i tasselli

necessari per il fissaggio. 14

Giunto di accoppiamento laterale: continuo lungo tutta la falda in posizione rialzata rispetto al piano di

scorrimento dell’acqua

Giunto ad aggraffatura meccanica: realizzato

posizionando i risvolti delle doghe e ripiegando la

doga che sormonta su quella che è sormontata.

Sistema ad aggraffatura meccanica: risolve il

problema della tenuta opponendo all’acqua di risalita,

due microcamere di decompressione e drenaggio e

una guarnizione di tenuta in gomma a monte della

seconda camera.

Giunto a scatto: consente una sequenza di posa semplice

che non richiede la preventiva messa in opera delle staffe.

Sistema a scatto: si basa su una camera di decompressione

ed un canale di drenaggio che conduce al canale di gronda

l’acqua nel caso in cui trafili dall’esterno.

Stratigrafia su struttura in acciaio:

- lamiera grecata autoportante

- barriera al vapore

- distanziatori

- strato di coibentazione termica

- staffe

- doghe

Stratigrafia su struttura in cls:

- barriera al vapore

- distanziatori

- strato di coibentazione termica

- staffe

- doghe

Impermeabilità: dipende dall’efficienza della giunzione tra doga e doga, dal tipo di aggraffatura continua e

dallo scorrimento di ciascuna coppia di elementi sulle rispettive basette di ancoraggio e dalla creazione di

una camera di decompressione tra i due profili, al di sopra dei quali è inserita una guarnizione longitudinale

di sicurezza.

È possibile integrare il solare fotovoltaico sia per sistemi a scatto che per sistemi ad aggraffatura ma anche

dei sistemi anticaduta per proteggere in caso di manutenzione. 15

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Scarico di troppopieno

Evacuatori fumo e calore

La presenza di evacuatori di fumo ha influenza sulla tenuta all’acqua del manto in quanto interrompe la

continuità delle doghe, introduce aree fisse che interferiscono con le dilatazioni termiche del manto,

implica la necessità di raccordare a tenuta il manto di falda al contorno degli elementi e impedisce di

risolvere il problema del controllo delle dilatazioni. Nei punti di raccordo di evacuatori o dei lucernari

vengono solitamente posti dei cavi scaldanti che impediscono l’accumulo di neve o la formazione di blocchi

di ghiaccio.

Le dilatazioni differenziali ai lati degli evacuatori possono dare luogo ad effetti negativi per la posizione

trasversale degli evacuatori, ciascuno dei quali interrompe una tratta di manto di larghezza molto più

ampia. La presenza in falda degli evacuatori di fumo, a valle e a monte dell'allineamento fisso, introduce

significative dilatazioni differenziali che danno luogo a forze di attrito tra le doghe lunghe quanto la falda e

quelle di lunghezza molto minore, poste a valle ed a monte dei lucernari. Tali forze tendono a svergolare il

manto e a deformare le aggraffature tra doghe nell'intorno delle linee di falda tangenti agli evacuatori.

La disposizione in falda degli evacuatori di fumo in direzione trasversale alla pendenza fa sì che quando la

pioggia si fa intensa, sui due lati di ciascun elemento confluisca un grande volume d'acqua che viene fatto

poi defluire all'interno di un'unica doga, che viene in tal modo inutilmente e sfavorevolmente

sovraccaricata sino al termine della precipitazione.

Impermeabilizzazione con manti sintetici

I manti sintetici sono a base di polimeri e possono essere in PVC,

CPE, Polietilene ad alta densità, poliolefine flessibili. I manti con

prestazioni migliori sono quelli in PVC che ricoprono armature con

caratteristiche adeguate di resistenza e con resistenza alle

deformazioni sotto carico e a rottura. 18

Tecniche di posa

Membrane in PVC

Buone caratteristiche di allungamento a rottura, piegatura a bassa temperatura, deformazione dopo ciclo

termico, resistenza a pressione continua, resistenza alle radici e alla grandine. Non devono assolutamente

essere accostati a pannelli termoisolanti in polistirene.

Uno dei vantaggi di questo tipo di membrana è la flessibilità, necessaria per garantire la corretta

conformazione dei dettagli costruttivi e delle saldature.

Posa dei manti

- zavorrati con fissaggio meccanico perimetrale

- incollaggio