Progetto di un capannone industriale in acciaio

INDICE

1. Introduzione .......................................................................................................... 1

1.1 Descrizione illustrativa dell’opera ..................................................................... 1

1.2 Vita nominale di progetto, classi d’uso e periodo di riferimento ....................... 3

1.3 Localizzazione, categoria del sottosuolo e condizioni topografiche .................. 3

1.4 Caratteristiche dei materiali .............................................................................. 3

1.5 Riferimenti normativi ....................................................................................... 4

2. Relazione di calcolo .............................................................................................. 5

2.1 Metodo di verifica ............................................................................................. 5

2.2 Combinazione delle azioni ................................................................................ 5

2.3 Analisi dei carichi ............................................................................................. 6

2.3.1 Carichi permanenti ...................................................................................... 6

2.3.2 Carichi variabili .......................................................................................... 7

2.3.3 Azione sismica .......................................................................................... 16

3. Valutazione della sicurezza e delle prestazioni della struttura ............................ 22

3.1 Lamiera grecata di copertura ........................................................................... 22

3.1.1 Dimensionamento ..................................................................................... 22

3.1.2 Verifiche ................................................................................................... 23

3.2 Arcarecci ......................................................................................................... 27

3.2.1 Dimensionamento ..................................................................................... 27

3.2.2 Verifiche ................................................................................................... 28

3.3 Capriata tipo .................................................................................................... 33

3.3.1 Dimensionamento ..................................................................................... 33

3.3.2 Verifiche ................................................................................................... 38

3.4 Crociere ........................................................................................................... 55

3.4.1 Dimensionamento ..................................................................................... 55

3.4.2 Verifiche ................................................................................................... 57

3.5 Controvento di falda ........................................................................................ 61

3.5.1 Dimensionamento ..................................................................................... 61

3.5.2 Verifiche ................................................................................................... 65

3.6 Arcarecci sollecitati a pressoflessione ............................................................ 66

3.6.1 Verifiche ................................................................................................... 66

3.7 Colonne ........................................................................................................... 74

3.7.1 Dimensionamento ..................................................................................... 74

3.7.2 Verifiche ................................................................................................... 75

3.8 Controvento di parete ...................................................................................... 86

3.8.1 Dimensionamento ..................................................................................... 86

3.8.2 Verifiche ................................................................................................... 88

3.9 Unioni e collegamenti ..................................................................................... 91

3.9.1 Nodi della capriata .................................................................................... 92

3.9.2 Nodi controventi di falda ......................................................................... 144

3.9.3 Nodi controvento di parete ...................................................................... 152

3.9.4 Giunto a completo ripristino .................................................................... 159

3.9.5 Giunto di base ......................................................................................... 161

4. Plinto di fondazione ......................................................................................... 171

4.1 Verifica a pressione sul terreno .................................................................... 171

4.2 Verifica a ribaltamento ................................................................................. 172

4.3 Verifica tirante – puntone per armature (Plinto tozzo) ................................... 172

4.3 Travi di collegamento .................................................................................... 174

1. INTRODUZIONE

1.1 Descrizione illustrativa dell’opera

L’ opera in oggetto prevede la realizzazione di un capannone in acciaio ad uso industriale situato nel

comune di Portoferraio. L’edificio ha una pianta rettangolare di 28 x 30 m ed è composto da un unico

piano fuoriterra. Dal punto di vista strutturale l’edificio è realizzato con colonne in acciaio disposte

sul perimetro dell’edificio, baraccatura perimetrale, capriate, piano di copertura, controventi di falda

e di parete.

Il manto di copertura è realizzato con il “sistema Alugraf” che, insieme alla lamiera grecata del solaio

di copertura, graverà sugli arcarecci appoggiati sulle capriate. Le capriate sono di tipo Mohniè,

disposte con un interasse di 6 m. Le pareti, fissate alla baraccatura perimetrale, sono realizzate con

pannelli autoportanti di tipo sandwich. Le fondazioni sono realizzate con plinti in cemento armato.

Vista assonometrica

Prospetto laterale 1

Prospetto frontale

Pianta Dimensioni geometriche

Altezza massima di copertura h 12 [m]

Lunghezza laterale b 30 [m]

Lunghezza frontale d 28 [m]

Passo degli arcarecci i = i 3.5 [m]

a n

Passo delle colonne i 6 [m]

c

Angolo di inclinazione di copertura α 2 [°]

2

1.2 Vita nominale di progetto, classi d’uso e periodo di riferimento

La vita nominale di progetto V di un’opera è convenzionalmente definita come il numero di anni

N

nel quale è previsto che l’opera, purché soggetta alla necessaria manutenzione, mantenga specifici

livelli prestazionali. Si definisce una vita nominale pari a V =50 anni.

N

Con riferimento alle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso, le

costruzioni sono suddivise in classi d’uso. L’opera in esame risulta essere di Classe II: “Costruzioni

il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni

pubbliche e sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose per l’ambiente”.

Le azioni sismiche sulle costruzioni vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento V R

che si ricava, per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale di progetto V per il

N

coefficiente d’uso C :

U V = V · C = 50 · 1 = 50 anni

R N U

dove:

C = 1, essendo in Classe II.

U

1.3 Localizzazione, categoria del sottosuolo e condizioni topografiche

Le coordinate geografiche del sito di riferimento sono:

Latitudine: 42°48'45"00 N

Longitudine: 10°18'56"16 E

Quota s.l.m: 4 m

La categoria del sottosuolo è di tipologia “C”: Depositi di terreni a grana grossa mediamente

addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con profondità del substrato superiori a 30 m,

caratterizzati da un miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di velocità

equivalente compresi tra 180 m/s e 360 m/s.

Le condizioni topografiche sono di categoria “T1”.

Il sito di costruzione è caratterizzato da una Classe di rugosità del terreno “C” e da una Categoria di

esposizione III.

1.4 Caratteristiche dei materiali

Acciaio per cemento armato

Acciaio ad aderenza migliorata B450C

2

f = 450 N/mm

y nom 2

f = 540 N/mm

t nom

Acciaio per strutture metalliche

Acciaio S275 UNI EN 10025-2

2

f = 275 N/mm

yk 2

f = 430 N/mm

tk 3

Calcestruzzo per strutture di fondazione

Calcestruzzo Classe C25/30

2

R = 30 N/mm

ck 2

f = 25 N/mm

ck

classe di esposizione XC1

classe di consistenza S3

diametro massimo dell’aggregato 20 mm

1.5 Riferimenti normativi

 D.M. 17 Gennaio 2018, “Norme tecniche per le costruzioni”

 Circolare 21.01.2019 n.7 “Istruzioni per l'applicazione dell'«Aggiornamento delle "Norme

tecniche per le costruzioni"» di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018”.

 “Allegato A” NTC 2008

 Eurocodice 2

 Eurocodice 3

 CNR 10011 4

2. RELAZIONE DI CALCOLO

2.1 Metodo di verifica

Le verifiche seguenti sono condotte, in accordo con le norme citate, seguendo il metodo semi-

probabilistico agli stati limite che individua stati limite ultimi (SLU) e stati limite di esercizio (SLE).

I coefficienti di sicurezza da utilizzare sono i seguenti:

Acciaio per carpenteria

Resistenza delle sezioni γ = 1.05

M0

Resistenza all’instabilità delle membrature γ = 1.05

M1

Resistenza sezioni tese indebolite dai fori γ = 1.25

M2

Resistenza dei bulloni γ = 1.25

M2

Resistenza delle saldature γ = 1.25

M2

Acciaio per cemento armato

Coefficiente parziale di sicurezza per acciaio γ = 1.15

s

Calcestruzzo

Coefficiente parziale di sicurezza per il cls γ = 1.50

c

2.2 Combinazione delle azioni

Ai fini delle verifiche degli stati limite, si definiscono le seguenti combinazioni delle azioni.

- Combinazione fondamentale, generalmente impiegata per gli stati limite ultimi (SLU):

Ψ Ψ

γ · G + γ · G + γ · Q + γ · · Q + γ · · Q + …

G1 1 G2 2 Q1 k1 Q2 02 k2 Q3 03 k3

- Combinazione caratteristica, cosiddetta rara, generalmente impiegata per gli stati limite di

esercizio (SLE) irreversibili:

Ψ Ψ

G + G + Q + · Q + · Q + …

1 2 k1 02 k2 03 k3

- Combinazione frequente, generalmente impiegata per gli stati limite di esercizio (SLE)

reversibili:

Ψ Ψ Ψ

G + G + · Q + · Q + · Q + …

1 2 11 k1 22 k2 23 k3

- Combinazione quasi permanente (SLE), generalmente impiegata per gli effetti a lungo termine:

Ψ Ψ Ψ

G + G + · Q + · Q + · Q + …

1 2 21 k1 22 k2 23 k3

- Combinazione sismica, impiegata per gli stati limite ultimi e di esercizio connessi all’azione

sismica E: Ψ Ψ Ψ

E + G + G + · Q + · Q + · Q + …

1 2 21 k1 22 k2 23 k3

Nelle combinazioni si intende che vengano omessi i carichi Q che danno un contributo favorevole

kj

ai fini delle verifiche e, se del caso, i carichi G .

2

Nelle formule sopra riportate il simbolo “+” vuol dire “combinato con”.

5

2.3 Analisi dei carichi

2.3.1 Carichi permanenti

Le azioni permanenti gravitazionali associate ai pesi propri dei materiali strutturali sono derivate dalle

dimensioni geometriche e dai pesi dell’unità di volume dei materiali con cui sono realizzate le parti

strutturali della costruzione.

Peso proprio materiale

Acciaio S275 7850 kg/m³

Pesi propri elementi strutturali 2

Peso proprio solaio di copertura 0.25 kN/m 2

Peso proprio pannelli sandwich + baraccatura perimetrale 0.3 kN/m

Applicazione dei pesi propri

Copertura

Il peso della copertura verrà applicato agli arcarecci tramite un carico distribuito:

= ∙ = 0.875

dove:

p è il peso proprio considerato

p

i = 3.5 m è il passo degli arcarecci.

a

Questo carico interessa solamente gli arcarecci intermedi. I carichi degli arcarecci di testa verranno

dimezzati in quanto l’area di influenza corrispondente risulterà la metà degli altri casi.

Pareti

Il peso proprio delle pareti verrà applicato alle colonne tramite un carico distribuito su di esse o, per

meglio dire, letteralmente spalmato sulle colonne:

= ∙ = 1.8

dove:

p è il peso proprio considerato

p

i = 6 m è il passo delle colonne.

c

Questo carico interessa solamente le colonne intermedie. I carichi delle colonne di testa verranno

dimezzati in quanto l’area di influenza corrispondente risulterà la metà degli altri casi.

6

2.3.2 Carichi variabili

Questa categoria deve includere i sovraccarichi, le azioni della neve, del vento e termiche.

2.3.2.1 Sovraccarichi

I sovraccarichi, o carichi imposti, comprendono i carichi legati alla destinazione d’uso dell’opera.

Nel nostro caso:

Categoria H - Coperture accessibili per sola manutenzione e riparazione (Tab. 3.1.II - NTC 2018)

2

Carico verticale uniformemente distribuito q = 0.50 kN/m

k

Applicazione del carico variabile di copertura

L’azione del carico variabile verrà applicata agli arcarecci tramite un carico distribuito:

= ∙ = 1.75

dove:

q è il carico variabile trovato precedentemente

k

i = 3.5 m è il passo degli arcarecci.

a

Questo carico interessa solamente gli arcarecci intermedi. I carichi degli arcarecci di testa verranno

dimezzati in quanto l’area di influenza corrispondente risulterà la metà degli altri casi.

2.3.2.2 Azione della neve

Il carico provocato dalla neve sulle coperture sarà valutato mediante la seguente espressione (§3.4 -

NTC 2018): = ∙ ∙ ∙

dove: è il coefficiente di forma della copertura

= 0.80 se 0° ≤ α ≤ 30°

q valore caratteristico di riferimento del carico neve al suolo per un periodo di ritorno di 50 anni

sk 2

q = 0.60 kN/m (trovandoci in Zona III ad un’altitudine a ≤ 200 m)

sk s

C è il coefficiente di esposizione

E C = 1 (trovandoci in un area avente caratteristiche topografiche normali)

E

C è il coefficiente termico

t C = 1 (valore cautelativo non avendo svolto uno specifico studio)

t

Nel nostro caso:

= ∙ ∙ ∙ = 0.48 7

Applicazione del carico neve

L’azione della neve verrà applicata agli arcarecci tramite un carico distribuito:

= ∙ = 1.68

dove:

q è il carico neve calcolato precedentemente

s

i = 3.5 m è il passo degli arcarecci.

a

Questo carico interessa solamente gli arcarecci intermedi. I carichi degli arcarecci di testa verranno

dimezzati in quanto l’area di influenza corrispondente risulterà la metà degli altri casi.

2.3.2.3 Azione del vento

Il vento, la cui direzione si considera generalmente orizzontale, esercita sulle costruzioni azioni che

variano nel tempo e nello spazio provocando, in generale, effetti dinamici.

Per le costruzioni usuali tali azioni sono convenzionalmente ricondotte alle azioni statiche

equivalenti. Per le costruzioni di forma o tipologia inusuale, oppure di grande altezza o lunghezza, o

di rilevante snellezza e leggerezza, o di notevole flessibilità e ridotte capacità dissipative, il vento può

dare luogo ad effetti la cui valutazione richiede l’uso di metodologie di calcolo e sperimentali

adeguate allo stato dell’arte. Nel nostro caso, il vento spira secondo le due direzioni principali X e Y

dato che la struttura è simmetrica. Se la struttura fosse stata asimmetrica avrei dovuto considerare

quattro direzioni (+X, -X e +Y e -Y).

Pressione del vento

La pressione del vento è data dall’espressione (§3.3 - NTC 2018):

= ∙ ∙ ∙

dove:

q è la pressione cinetica di riferimento

r

c è il coefficiente di esposizione

e

c è il coefficiente di forma (o coefficiente aerodinamico)

p

c è il coefficiente dinamico.

d

Pressione cinetica di riferimento

La pressione cinetica di riferimento q (in N/m²) è data dall’espressione:

r 1

=

2

dove: →

v è la velocità di riferimento del vento (in m/s) v = 27 m/s (Toscana)

b b 3

ρ è la densità dell’aria assunta convenzionalmente costante e pari a 1.25 kg/m .

Risulta perciò:

1

= = 455.625 = 0.46

2 8

Coefficiente di esposizione

Il coefficiente di esposizione c dipende dall’altezza z sul suolo del punto considerato, dalla topografia

e

del terreno, e dalla categoria di esposizione del sito dove sorge la costruzione. In assenza di analisi

specifiche che tengano in conto la direzione di provenienza del vento e l’effettiva scabrezza e

topografia del terreno che circonda la costruzione, per altezze sul suolo non maggiori di z = 200 m,

esso è dato dalla formula: per z ≥ z

()

= ln(/ ) [ 7 + ln(/ )] min

per z < z

() ( )

= min

dove nel nostro caso:

k = 0.20

r

z = 0.10 m

0

z = 5 m

min

c = 1 è il coefficiente di topografia.

t

Considerando la quota massima (12 m) raggiunta dalla copertura, il coefficiente di esposizione risulta: