Progetto in zona sismica: Relazione di calcolo

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA' DI BOLOGNA

DICAM - DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, CHIMICA, AMBIENTALE E DEI MATERIALI

Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Civile - Curriculum: Strutture

CORSO DI PROGETTO IN ZONA SISMICA

RELAZIONE DI CALCOLO:

Calcoli strutturaliedificio a uso residenziale

Candidato: Francesco Tamaro matr. 819687

Relatore: Prof. Ing. Pierpaolo Diaotallevi

Relatori esterni: Dott. Ing. Luca Landi (Professore) Ing. Said Quqa (Assistente)

Anno Accademico 2018-2019

Indice

1. Introduzione
• 1.1 Normative di riferimento
2. Prescrizioni sui materiali
• 2.1 Classi di esposizione
• 2.2 Calcestruzzo
• 2.3 Copriferro
• 2.4 Barre di armatura
3. Stato di progetto
• 3.1 Caratteristiche generali dell’opera
• 3.2 Dati Progettuali
• 3.3 Inquadramento territoriale: caratteristiche dipendenti dal sito
• 3.3.1 Azione del carico neve
• 3.3.2 Valutazione azione sismica in base al comune
• 3.3.3 Spettri di risposta in base al comune
• 3.4 Progettazione agli stati limite
• 3.5 Periodo di Riferimento
• 3.6 Periodo di Ritorno
4. Pericolosità Sismica
• 4.1 Pericolosità sismica di base
• 4.2 Spettri di risposta Elastici
• 4.2.1 Spettro di risposta elastico in accelerazione della componente orizzontale allo SLD
• 4.2.2 Spettro di risposta elastico in accelerazione della componente orizzontale allo SLV
• 4.3 Spettri di risposta di progetto e fattore di comportamento q
• 4.3.1 Fattore di comportamento q
• 4.3.2 Spettri di progetto SLD e SLV
5. Predimensionamento Elementi
• 5.1 Predimensionamento Solaio interpiano
• 5.2 Predimensionamento Solaio di copertura
• 5.3 Predimensionamento Travi
• 5.3.1 Trave di Copertura
• 5.3.2 Predimensionamento Trave interpiano
• 5.3.3 Predimensionamento Trave Secondaria
• 5.4 Predimensionamento Pilastri

6.12 Codice Matlab mensola equivalente: coefficiente di partecipazione . . . 71

6.13 Codice Matlab mensola equivalente: tagli di piano . . . . . . . . . . 72

6.14 Modello FEM - Straus7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6.15 Modello FEM - Straus7- modo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.16 Modello FEM - Straus7- modo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.17 Modello FEM - Straus7- modo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6.18 Modello FEM - Straus7- modo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6.19 Modello FEM - Straus7- modo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.20 Modello FEM - Straus7- modo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.21 Modello FEM - Straus7- modo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.22 Modello FEM - Straus7- modo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.23 calcolo manuale: modo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

6.24 Mensola: modo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

6.25 calcolo manuale: modo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

6.26 Mensola: modo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

6.27 calcolo manuale: modo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.28 Mensola: modo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.29 calcolo manuale: modo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

6.30 Mensola: modo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

8.1 Script G1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

8.2 Script peso delle pilastrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

8.3 Coefficienti parziali di sicurezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

8.4 Coefficienti di combinazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

8.5 Schema massimizzazione elementi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

8.6 Sviluppo dei momenti SLU - trave 3 piano . . . . . . . . . . . .

dove possiamo definire:

• c_min = copriferro minimo
• c_dev = margine di progetto per gli scostamenti;

Per definire il copriferro minimo sono state seguite le seguenti relazioni della normativa NTC2018:

c_min = max (c_min,b; c_min,dur + Δc_dur,γ – Δc_dur,st – Δc_dur,add; 10 mm) (4.2)

dove:

• c_min,b = copriferro minimo dovuto al requisito di aderenza, vedere punto 4.4.1.2 (3);
• c_min,dur = copriferro minimo dovuto alle condizioni ambientali, vedere punto 4.4.1.2 (5);
• Δc_dur,γ = margine di sicurezza, vedere punto 4.4.1.2 (6);
• Δc_dur,st = riduzione del copriferro minimo quando si utilizza acciaio inossidabile, vedere punto 4.4.1.2 (7);
• Δc_dur,add = riduzione del copriferro minimo quando si ricorre a protezione aggiuntiva, vedere punto 4.4.1.2 (8).

Figura 2.1: Copriferro minimo

• c_min,b = 24 mm. Questo perché si è stabilito di utilizzare solo barre isolate e quindi assegnargli il valore del diametro della barra. A favore di sicurezza, si è scelto di fare riferimento alle barre di maggior diametro utilizzate;
• c_min,dur = 25 mm. Questo è stato definito considerando, per una vita utile di 50 anni, una classe strutturale S4. Quindi, nota la classe di calcestruzzo utilizzata (C30/37) e la classe di esposizione (XC3), si è individuato il valore cercato dal prospetto 4.4N;
• Δc_dur,γ = 0
• Δc_dur,st = 0
• Δc_dur,add = 0

Definito il valore di c_min, allora posso calcolare il valore del copriferro con la formula prima definita:

c_nom = c_min + Δc_dev = 25 + 10 = 35 mm

Per cui a favore di sicurezza si è voluto considerare un copriferro di 4 cm;

una altitudine di riferimento a_g = 257 m s.l.m., quindi il q_sk è calcolabile con la seguente espressione:

q_sk = 1,35 ^⎡ 1 + ^{( a_g / 600 )} _⎦ ² kN/m² (3.2)

Facendo riferimento al codice matlab, realizzato ad hoc per svolgere tali calcoli, si può calcolare un valore di carico neve al suolo pari a:

q_ak = 1,5960 kN/m².

In merito al coefficiente di forma della copertura µ_i si è fatto riferimento alla tabella 3.4.II delle NTC 2018 secondo la quale, per un tetto a falde inclinate con α = 19, il valore da assegnare è pari a 0,8. Il coefficiente C_e è stato definito in accordo con quanto riportato nella tabella 3.4.I delle NTC 2018 per una condizione topografica definita come normale a cui corrisponde un valore pari a 1,0. Il coefficiente C_t, in assenza di uno specifico e documentato studio sullo scioglimento della neve causato dal calore rilasciato dalla costruzione, è stato assunto pari a 1,0. Infine si è calcolato il valore di q_s :

q_s = 1,2768 kN/m²

3.3.2 Valutazione azione sismica in base al comune

Nel caso in esame, è stata considerata un’unica componente dell’azione sismica ovvero quella orizzontale agente nel piano del telaio. Questa è stata descritta mediante la sua accelerazione massima (PGA) e i relativi spettri di risposta elastico e di progetto per ciascun stato limite considerato. Inoltre, per la costruzione degli spettri, si è tenuto conto che:

• Caratteristiche della superficie topografica: B Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fine molto consistenti, caratterizzati da un miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di velocità equivalente compresi tra 360 m/s e 800 m/s.
• Le caratteristiche topografiche dell’area sono classificabili di categoria: T1 Superfici pianeggianti, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i ≤ 15.

3.3.3 Spettri di risposta in base al comune

In questo sotto capitolo, in maniere molto sintetica, si analizza la questione degli spettri di risposta, che saranno successivamente studiati con maggiore rilevanza. In tale paragrafo, quello che si vuole evidenziare è la l’importanza dell’utilizzo dello spettro di risposta in base alle coordinate del sito in cui la costruzione è collocata. In particolare, attraverso l’utilizzo del Software SIMQKE, inserendo le coordinate del comune di riferimento, il tempo di ritorno, il fattore di comportamento e lo stato limite di riferimento è possibile definire lo spettro di risposta elastico.

Il programma calcola automaticamente lo spettro di risposta di progetto sia secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14-1-2008), sia secondo le

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