Elementi di scienza e tecnica delle costruzioni progetto capannone industriale in acciaio

PROGETTO DI UN CAPANNONE INDUSTRIALE

IN ACCIAIO

Corso di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio

Corso di Elementi di scienza e tecnica delle Costruzioni

Anno accademico 2015-16

Docente Studente

Giulia Franceschini MAT

SOMMARIO

PRESENTAZIONE DEL PROGETTO .............................................................................................................................. 2

Dati di progetto............................................................................................................................................................... 4

NORMATIVE CONSIDERATE ................................................................................................................................... 4

ANALISI DEI CARICHI ................................................................................................................................................... 5

Carichi orizzontali .......................................................................................................................................................... 5

Carichi verticali .............................................................................................................................................................. 6

Carico totale di progetto ................................................................................................................................................. 6

DIMENSIONAMENTO SOLETTA COMPOSTA ............................................................................................................ 7

Soletta in calcestruzzo armato+lamiera grecata ............................................................................................................. 7

TRAVI SECONDARIE ...................................................................................................................................................... 9

Carichi permanenti ......................................................................................................................................................... 9

Carichi accidentali .......................................................................................................................................................... 9

Carico massimo .............................................................................................................................................................. 9

Dimensionamento ........................................................................................................................................................... 9

TRAVI PRINCIPALI (reticolari) ..................................................................................................................................... 16

Carico effettivo ............................................................................................................................................................. 16

Angoli interni ............................................................................................................................................................... 16

Scelta dei profili ........................................................................................................................................................... 18

Classificazione delle sezioni ........................................................................................................................................ 20

Verifica delle aste ......................................................................................................................................................... 21

CONTROVENTI .............................................................................................................................................................. 27

Dimensionamento ......................................................................................................................................................... 28

Verifica di resistenza .................................................................................................................................................... 29

COLONNE ....................................................................................................................................................................... 30

Analisi dei carichi ......................................................................................................................................................... 30

Classificazione della sezione ........................................................................................................................................ 30

Verifiche allo stato limite ultimo .................................................................................................................................. 31

CONNESSIONI ................................................................................................................................................................ 35

Trave secondaria-colona ............................................................................................................................................... 35

Trave principale-colonna .............................................................................................................................................. 36

Giunti interni reticolare ................................................................................................................................................ 46

Colonna - controvento .................................................................................................................................................. 54

FONDAZIONI .................................................................................................................................................................. 59

Vengono fornite in allegato le tavole con gli elaborati grafici relativi al progetto. 2

PRESENTAZIONE DEL PROGETTO

L’obiettivo è la progettazione di un piccolo capannone industriale, sito nella città di Rovereto (TN).

La struttura sarà realizzata in acciaio e sarà alta 7 metri e 12*22.5 in pianta. Da consegna, sono già

state assegnate le posizioni di travi principali e colonne, oltre alla composizione della copertura del

solaio di acciaio e calcestruzzo, realizzata mediante una lamiera grecata.

Figura 1 Progetto 2015/16

La struttura è verificata a sopportare i carichi accidentali, secondo il DM 14/01/2008, relativi a:

 Neve;

 Carico accidentale di sola manutenzione (cat. H1);

 Vento;

La verifica sismica non è stata effettuata, come da consegna. 3

DATI DI PROGETTO

Posizione sito: Rovereto (TN)

Tipologia di struttura: capannone industriale in acciaio

Altezza: 12m*22.5m

Dimensioni in pianta: 7 m

Tipologia copertura: solaio di acciaio-calcestruzzo con lamiera grecata

NORMATIVE CONSIDERATE

Tutte le scelte e i calcoli sono stati svolti seguendo le normative vigenti, utilizzando il metodo degli

stati limite. In particolare:

 DM 14/01/2008, Norme tecniche per le costruzioni

 ENV 1993-1-1, Eurocodice 3 “Progettazione delle strutture in acciaio”

 o

Circolare n 617 del 02/02/2009, “Istruzioni per l’applicazione delle nuove norme tecniche

per le costruzioni”, al decreto 14/01/2008 4

ANALISI DEI CARICHI

L’analisi dei carichi è stata svolta suddividendo quest’ultimi dapprima per tipologia e,

successivamente, valutandone l’effetto cumulato.

CARICHI ORIZZONTALI

L’unico carico orizzontale preso in considerazione è la pressione del vento.

= ∗ ∗ ∗

In cui:

 q è detta pressione cinetica di riferimento (par.3.3.6 NTC2008)

b ρ= 3

densità dell’aria = 1.25 kg/m

= ( ∗ )/2 b2

v = valore caratteristico del vento in

trentino, capannone in zona 1 =25

m/s

 c è detto coefficiente di esposizione (par.3.3.7 NTC2008). Esso è dipendente dall’altezza dal

e

suolo dell’edificio, dalla topografia del terreno e dalla categoria di esposizione del sito dove

sorgerà la costruzione. Nel caso di progetto:

- z =7 metri

- Classe B: aree urbane, suburbane, industriali

- Categoria IV

Per z ≤ z = 8 metri = ∗ ∗ ln ∗ [7 + ∗ ln ]

min ( )

 c è detto coefficiente di forma (C.3.3.10 circ.617/2009). L’edificio risulta essere a pianta

p o

rettangolare con copertura leggermente inclinata (0 ≤ α ≤20°), dunque il coefficiente di

forma esterno risulta:

- +0.8 per gli elementi sopravento

- -0.4 per gli elementi sotto vento o con inclinazione minore di 20°

- Non viene considerato il coefficiente di forma interno

Per le pareti si considerano sia le azioni di pressione che di depressione.

 c è detto coefficiente dinamico (par.3.3.8 NTC2008). Viene assunto pari a 1 negli edifici a

d

forma regolare, con altezza inferiore a 80 metri, e nei capannoni industriali.

Pressione Vento

q c c c

2

(kg/ms )

b e p d

390.625 1.634211973 1.2 1

Da cui deriva che la pressione del vento, relativa al punto di impatto, è:

2

Pareti 766.0368624 N/m 2

Copertura 255.3456208 N/m 5

CARICHI VERTICALI

I carichi verticali analizzati sono:

- Peso proprio dei profili in acciaio

- Peso di soletta + lamiera grecata

- Carico accidentale di sola manutenzione

- Peso proprio della guaina impermeabilizzante

- Carico del CLS alleggerito strutturale

- Carico della Neve

Il carico della Neve è ottenuto dalla formula:

= ∗ ∗ ∗

In cui:

 u è detto coefficiente di forma della copertura. Esso è dipendente dall’angolazione della

i

copertura

 q è il valore caratteristico della neve al suolo per un tempo di ritorno di 50 anni (par.3.4.2

sk

NTC2008). Il capannone è in “zona I Alpina”

 c è detto coefficiente di esposizione (par.3.4.3 NTC2008), che assume valore unitario dato

e

che la zona non è soggetta a particolari venti ed è riparata

 c è detto coefficiente termico (par.3.4.4 NTC2008), preso cautelativamente di valore

t

unitario Neve

q sk 2

u (KN/m ) c c

i e t

0.8 1.5 1 1

Da cui deriva che il carico della neve è:

2

q =1.2 KN/m

s CARICO TOTALE DI PROGETTO

Il carico totale di progetto è dato dalla somma di carichi permanenti e carichi accidentali.

Carichi permanenti Carichi permanenti

2 2

CLS alleggerito 2.08 KN/m Carico neve 1.2 KN/m

2 2

Guaina 0.000003922 KN/m Manutenzione 0.5 KN/m

Da cui: 3.780003922 ≈ 3.8 KN/m

2

= 6

DIMENSIONAMENTO SOLETTA COMPOSTA

SOLETTA IN CALCESTRUZZO ARMATO + LAMIERA GRECATA

La progettazione e il dimensionamento della soletta avviene in più fasi, per poter così verificarne la

deformabilità sia durante che dopo la presa del getto collaborante.

Fase 1

Viene considerata la soletta durante la fase di costruzione. L’unico elemento resistente è

rappresentato dalla lamiera grecata, che dovrà reggere i carichi accidentali senza l’ausilio del getto

collaborante.

Il profilo scelto è una lamiera grecata A55/P600 (catalogo Metecno HI-BOND).

Spessore 0.001 m

Altezza 0.1 m

Lunghezza 1.5 m 2

Peso 1.9 KN/m

Per ottenere la lunghezza massima è stato necessario effettuare un’interpolazione lineare mediante

la formula:

y = ((y2-y1)(x-x1)/(x2-x1))+y1

I cui X rappresenta il carico utile di progetto q e Y la lunghezza.

u

L = 3.3 m

max

L’obiettivo è verificare che la freccia ottenuta sia minore di L/250. Essa è data dalla formula:

5

∗

= ∗

384 ∗

In cui:

 q = (p.p. lamiera + carico accidentale);

1

 L = lunghezza trave;

 E = modulo elastico;

 I = momento d’inerzia della singola lamiera;

1 7

Fase 1 2

Carico accidentale fase 1 1.5 KN/m 2

q 3.4 KN/m

1 4

I 7.35E+05 mm /m

1 2

E 210000 KN/m

Da cui si ottiene:

f = 1.45 mm (≈ L/1033)

1

La fase 1 risulta verificata, poiché L/1033 < L/250.

Fase 2

Viene ora considerata anche la presenza del calcestruzzo collaborante. L’obiettivo dunque è

verificare che la soletta completa possa sopportare il carico verticale totale.

La freccia sarà composta dalla somma della deformazione in fase 2 e di una freccia residua. Il

carico utilizzato sarà quello totale e il momento d’inerzia quello riferito a lamiera grecata +

calcestruzzo, secondo catalogo.

. .

∗

= ∗ Fase 2 2

q 3.8 KN/m

2 4

I 4.22E+06 mm /m

2

1*

f 0.811871317 mm

5 ∗

∗

= + ∗

384 ∗

Si ottiene f = 1.09 mm (≈ L/1370) che, per essere verificata, dovrà essere inferiore a L/250. La

2

soletta risulta verificata. 8

TRAVI SECONDARIE

I carichi si suddividono in permanenti ed accidentali.

CARICHI PERMANENTI

g : Carichi permanenti

k

p.p. trave ipotesi 0.7 KN/m

CLS+lamiera 1,9*Interasse 2.85 KN/m

Cop. Tetto 2,1*Interasse 3.15 KN/m

g = 6.7 KN/m

k tot

CARICHI ACCIDENTALI

q : Carichi accidentali

k

Neve q *Interasse 1.8 KN/m

s

Manutenzione Cat. H1 0.75 KN/m

q = 2.55 KN/m

k tot

CARICO MASSIMO

Dato dalla somma di carichi permanenti e accidentali.

q = 9.25 KN/m

max

DIMENSIONAMENTO

Verifiche dello stato limite di esercizio

Il valore totale dello spostamento verticale dell’asse dell’elemento è definito come la somma dello

spostamento dovuto ai carichi permanenti (δ ) e quello dovuto ai carichi accidentali (δ ). In alcuni

1 2

casi può essere prevista una contromonta della trave (δ ).

c

δ = (δ +δ ) - δ

max 1 2 c 9

I limiti superiori per gli spostamenti verticali da rispettare, per la categoria “coperture in generale”,

sono: - δ ≤ L/200

max

- δ ≤ L/250

2 Procedimento SLE

Per la scelta del profilo, viene in seguito calcolato il valore minimo d’inerzia. Si suppone che la

trave sia doppiamente appoggiata, in assenza di contromonta.

q 9.25 KN/m

max

L 4.5 m 2

E 210000 N/mm

∗ <

= ∗ ∗

5 200

= ∗ ∗ ∗

384 7 4

Da cui risulta I = 1.05 * 10 mm .

min

Essendo q /q = 0.27, posso considerare il rapporto fra i limiti

k max

≤ → 0.2 ≤ 0.8

Il valore di inerzia minimo sarà verificato anche per δ ≤ L/250.

2

Viene scelto come profilo una HEA 160 in acciaio S275.

HEA 160 Acciaio S275 2

f 275 N/mm

yk

p.p. 0.304 KN/m

4

I 1.67E+07 mm

Viene eseguita la verifica a deformazione solo per il carico più gravoso q .

max

∗ = 14.06 ≈ L/320

= ∗ ∗

Il che risulta verificato, dato che L/320 < L/250. 10

Aggiornamento dei carichi

g : Carichi permanenti

k

p.p. trave HEA 160 0.304 KN/m

CLS+lamiera 1,9*Interasse 2.85 KN/m

Cop. Tetto 2,1*Interasse 3.15 KN/m

q : Carichi accidentali

k

q = Neve q *Interasse 1.8 KN/m

k1 s

q =

k2

Manutenzione Cat. H1 0.75 KN/m

Ottengo un carico massimo q = 8.854 KN/m.

max Combinazioni dei carichi SLE

Vengono ora effettuate le combinazioni dei carichi. Verrà considerato quello con il valore

maggiore.

= +

= + Combinazioni SLE

qsle 8.104 KN/m

1

qsle 7.054 KN/m

2

Combinazioni dei carichi SLU

= ∗ + ∗ + ∗ ∗

= ∗ + ∗ + ∗ ∗

ϒ 1.3 Combinazione SLU

g

ϒ 1.5 qslu 10.8952 KN/m

q1 1

ϒ 1.5 qslu 10.6702 KN/m

q2 2

ψ 0.5

01

ψ 0

02 11

Calcolo M e V

ed ed

∗

Momento sollecitante: = ∗

Taglio sollecitante: = Momento Taglio

sollecitante sollecitante

M V

ed ed

27.578475 24.5142

KN*m KN

Classificazione delle sezioni

HEA 160

G 30.4