Appunti progettazione antisismica

Quaderno quattro: spettri inelastici

Lo spettro elastico mi riporta i valori reali che ci si può aspettare per un determinato luogo in base alla sua storia sismica, mentre lo spettro inelastico contiene dei valori più bassi che sono stati ridotti con l’aiuto del fattore di struttura q che dipende dalla struttura considerata.

Applico le forze alla mia struttura ed essa risponde in maniera elastica (Fe), permetto alla struttura di plasticizzarsi per una forza più bassa (Fy) ovvero la struttura si danneggia e avrà un comportamento duttile cioè si danneggia solo a flessione.

Progettare in zona sismica

• Tenere conto della gerarchia delle resistenze
• Usare una struttura più regolare possibile
• Curare molto i dettagli costruttivi in quanto mi danno maggior sicurezza

Progettando con questi tre punti garantisco un comportamento duttile della struttura e di conseguenza abbasso la forza di calcolo utilizzando Fy.

Comportamento plastico dei materiali

• Fase lineare elastica
• Fase elastica perfettamente plastica
• Fase elastica incrudente positivamente
• Fase elastica incrudente negativamente

La normativa mi dice la duttilità di un edificio in base a com'è fatto, per esempio se ho delle travi a spessore in un edificio, so che esso avrà una duttilità molto bassa. La normativa mi dice anche di quanto posso ridurre la forza sismica rispetto al progetto elastico e mi dà degli spettri di progetto non lineari che sono degli spettri ridotti.

Questi spettri ridotti sono ottenuti in due modi:

• Principio di uguale spostamento: edificio molto flessibile (molto alto) lo spostamento richiesto massimo ad un oscillatore elastico o ad un oscillatore esalto-plastico perfetto, sono più o meno uguali. (μ=R)
• Principio di uguale energia: edificio molto rigido (basso), l'area sotto al triangolo dell'oscillatore elastico2 è uguale all'area che c'è sotto la curva dell'oscillatore non lineare. (μ=(R +1)/2)

Maggiore è la duttilità disponibile nella struttura e minore è la forza di plasticizzazione, la riduzione di Fe viene effettuata attraverso q. Prima con un T=0.3 avevo una Sa(T) = 0.85, quindi una forza sismica pari all'85% del suo peso, sfruttando la duttilità della struttura sfrutto lo spettro inelastico e in questo caso con T=0.3 la forza sismica è molto bassa e aumenta la forza laterale che permette alla struttura di arrivare allo spostamento richiesto con un comportamento inelastico.

La progettazione sarà come se l'edificio è elastico e controlliamo che la resistenza sia maggiore della domanda. Per una struttura super duttile ho q=5.85. q dipende da materiali e dalle tipologie strutturali usate. La progettazione si fa allo SLU prendendo lo stato limite di salvaguardia della vita. Per gli edifici isolati alla base gli isolatori sono verificati allo stato limite di collasso. Lo spostamento interpiano di strutture in cemento armato tamponate nello SLD deve essere minore del 5 per 1000 così le tamponature non si danneggiano.

Fattore di struttura o di comportamento

I valori di q mi vengono dati dalla normativa che mi dà sia una classe di duttilità alta (cura molto i dettagli costruttivi) e sia una classe di duttilità bassa. In ordine ho, dal più basso al più alto:

• Strutture a telaio, pareti accoppiate, miste
• Strutture a pareti non accoppiate
• Strutture deformabili torsionalmente
• Strutture a pendolo inverso

Strutture a pareti accoppiate ho due pareti che vengono collegate da delle travi molto grandi in cui ho delle forze di taglio fortissime dovute alla forza laterale applicata.

Strutture a pareti non accoppiate ho due pareti che sono collegate da delle travi poco resistenti, non c'è una trasmissione di taglio e ho un momento resistente molto basso.

Strutture deformabili torsionalmente sono delle strutture con una forma a pilastri e un nucleo centrale molto rigido (ascensori o vano scala) oppure delle strutture a L con una scala.

Struttura a pareti se il taglio alla base delle due pareti è maggiore o uguale al taglio alla base totale moltiplicato per 0.75. Se ciò non è verificato ho una struttura mista. Nelle strutture a parete ho le colonne gravitazionali.

q diminuisce in quanto è legato alla duttilità della struttura, andando a vedere il comportamento della struttura vedo che si formano tante rotture fino a che non arrivo al collasso. Più rotture ho e più duttile è la struttura.

Nella struttura a telaio ha una duttilità molto alta in quanto il grado di iperstaticità è molto più alto di quello del pendolo inverso (serbatoio).

Analisi statica lineare

Ho un edificio a telaio con delle forze laterali applicate, faccio un’analisi statica lineare: Inizialmente ho un tratto elastico lineare, a un certo punto c’è un cambiamento di pendenza in quanto di è formata la prima cerniera plastica cioè una prima sezione è arrivata a rottura flessionale (curva puramente teorica). In realtà, a un certo valore di α si crea la prima cerniera plastica, aumento il carico fino a quando non raggiungo una forza che ha la stessa forma ma con ampiezza maggiore (Vα).

Raggiungendo Vα si viene a formare il meccanismo. Cerniera plastica è quando la prima sezione (di trave) raggiunge il momento ultimo, in una struttura nuova è sempre sulle travi e mai sulle colonne.

• α formazione della prima cerniera plastica
• α formazione di un meccanismo di collasso

Il rapporto tra Vα e Vα è chiamato rapporto o coefficiente di sovra-resistenza. Con lo spettro SLV verifico che la domanda in termini di momento, sia inferiore alla capacità. Momento resistente maggiore del momento agente. Con lo spettro SLD verifico che gli spostamenti interpiano siano minori di una certa quantità (5 per 1000) così si evita la rottura delle tamponature.

Spettri di progetto hanno uno smorzamento pari a:

• 5% per il cemento armato (c'è attrito)
• 2% per l'acciaio

Quaderno 5: criteri generali di progettazione e modellazione

Ci sono alcuni criteri che mi aiutano nella progettazione ottimale di una struttura sismica resistente:

• Edificio leggero
• Struttura semplice, simmetrica, regolare
• Struttura deve avere distribuzione uniforme di massa, rigidezza, resistenza e duttilità
• Luci relativamente corte
• Struttura dovrebbe avere il numero più grande possibile di linee di difesa
• Elementi non strutturali devono essere separati o integrati opportunamente

Regolarità edificio

• Struttura iperstatica e regolare in altezza e in pianta
• Distribuzione di masse e rigidezze simmetrica rispetto a due direzioni orizzontali
• Rapporto tra i lati deve essere inferiore a 4

Irregolarità in pianta: Può succedere che ho delle piante con gli angoli rientranti e mi possono produrre variazione di rigidezza, quindi una concentrazione di tensione su determinate parti. Risolvo questo problema con:

• Separazione delle ali
• Aggiunta di cordoli irrigidenti
• Aggiunta di pareti a taglio centrale
• Aggiunta di pareti di irrigidimento laterali per evitare la rotazione

Posso avere anche delle irregolarità in altezza che sono:

• Passerella tra due edifici non continua
• Grosse masse in cima
• Pilastro corto o trave corta
• Piano terra molto basso o molto alto se ho un piano terra aperto la normativa mi fa aumentare del 40% le forze di progetto.

Posso avere due tipi di piano:

• Piano soffice dove ho una rigidezza laterale inferiore rispetto al piano di sopra
• Piano debole dove la resistenza è inferiore rispetto al piano di sopra

Una cosa molto importante è il pericolo di martellamento:

• Edifici attaccati (il più pericoloso) rischio che la parte in comune tra i due edifici si ribalti fuori dal piano
• Livello del solaio

Per evitare il martellamento servono dei giunti che non devono essere inferiori a... Gli edifici devono rispettare tre caratteristiche principali:

• Rigidezza per non danneggiare gli elementi non strutturali o gli elementi che si trovano dentro
• Resistenza resistere alle sollecitazioni
• Duttilità struttura deve essere in grado di spostarsi in zona plastica senza crollare

Abbiamo una distinzione tra:

• Elementi strutturali primari: colonne, travi, setti a cui è affidata l’intera capacità antisismica del sistema
• Elementi strutturali secondari: colonne g...