1. COSTRUZIONI METALLICHE
IN ZONA SISMICA – PARTE I
CORSO DI COSTRUZIONI METALLICHE a.a. 2013/2014
Prof. F. Bontempi
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
www.francobontempi.org
1

2. 1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
1.1 – Richiami sulla caratterizzazione delle azioni
AZIONI:
Vento, Sisma, Neve, Carichi gravitazionali, Variazione di temperatura, ecc.
STATICHE
DINAMICHE
Carichi gravitazionali?
Vento?
Variazione di
temperatura?
Sisma?
Traffico veicolare?
Neve?
QUESITO: Secondo quale criterio classifico un’azione come
“DINAMICA” o “STATICA”?
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
2

3. 1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
1.2 – Azioni e risposta strutturale
ANALISI
EQUILIBRIO
LINEARE
DINAMICO
NON LINEARE
STATICO
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
3

4. 1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
1.3 – L’azione sismica secondo NTC2008
MODELLAZIONE DELL’AZIONE
TIPOLOGIA DI ANALISI
Accelerazione max attesa in superficie
Analisi statica lineare equivalente
Spettro di risposta atteso in superficie
Analisi dinamica lineare
Accelerogramma
Analisi dinamica non lineare
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
4

5. 1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
1.4 – ESEMPIO: Azione sismica come Spettro con le NTC 2008
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Definire la vita nominale della costruzione
Definire dove è situata la costruzione
Scegliere lo stato limite da considerare (SLC, SLV… )
Individuare la categoria di sottosuolo
Individuare la categoria topografica
ecc…
AZIONE: Spettro di risposta atteso in superficie
ANALISI: Dinamica LINEARE
QUESITO: come si può dunque parlare di
DISSIPAZIONE?
DUTTILITÀ?
ISOLAMENTO?
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
5

6. 1 – LE AZIONI SULLA STRUTTURA
1.5 – Sistema equivalente
L’approccio al progetto antisismico, per la maggior parte degli edifici, è
basato sulla resistenza richiesta dal terremoto ad un sistema elastico a un
sol grado di libertà, equivalente in termini di rigidezza e di smorzamento al
sistema strutturale reale che è inelastico e a più gradi di libertà (Mazzolani
et al. 2006)
1.6 – Esempi
QUESITO: Come si può valutare un sistema elastico lineare equivalente
ad un sistema reale marcatamente non lineare?
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
6

7. 2 – LE BASI DELLA PROGETTAZIONE ANTISISMICA
2.1 – Filosofie di progetto
Comportamento
dissipativo
TRADIZIONALE
(Stati limite)
FILOSOFIE
DI PROGETTO
INNOVATIVA
(Performance
Based Design)
Comportamento
non dissipativo
Criteri più rigorosi per selezionare il
sistema strutturale più adeguato,
affinché per specificati livelli di
intensità del sisma il danno possa
essere contenuto entro limiti
prefissati
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
7

8. 2 – LE BASI DELLA PROGETTAZIONE ANTISISMICA
2.2 – Il comportamento dissipativo
Per struttura con comportamento dissipativo si intende una struttura concepita
in maniera tale da avere elementi strutturali o parti di elementi strutturali in
grado di dissipare parte dell’energia sismica mediante cicli di deformazione
inelastica.
Sotto l’azione del sisma vi saranno dunque elementi progettati per fornire un
comportamento plastico ed altri progettati per un comportamento di tipo
elastico.
2.2 – Punti critici
1) Come progettare la struttura al fine di ottenere il comportamento
dissipativo voluto?
2) Come valutare il fattore di struttura q, che deve essere rappresentativo
della duttilità globale della struttura?
3) In che modo si può ottimizzare lo sfruttamento delle risorse plastiche?
(ad es. gerarchia delle resistenze GdR)
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
8

9. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.1 – Costruzioni d’acciaio per le NTC2008
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
9

10. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.2 – Il materiale acciaio – Prescrizioni addizionali per le zone dissipative
𝑓𝑢
≥ 1.20
𝑓𝑦
𝜀 𝑢 ≥ 20%
La resistenza del materiale, per le zone dissipative, deve essere
amplificata con un coefficiente di sovraresistenza gov , dato dal
rapporto tra il valore di resistenza medio fym e quello caratteristico
fyk al fine di considerare l’aleatorietà di fy
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
10

11. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.3 – Le tipologie strutturali
LA DISSIPAZIONE AVVIENE PER FLESSIONE O PRESSO-FLESSIONE
DEGLI ELEMENTI
VANTAGGI
SVANTAGGI
ASSENZA DI CONTROVENTI
COLLEGAMENTI COSTOSI
NUMEROSE ZONE DISSIPATIVE
DIFFICOLTA’ PER LA GdR
QUESITO: se il momento d’inerzia della trave risulta maggiore di quello della
colonna, caso frequente per strutture metalliche progettate principalmente
per carichi verticali, come si può soddisfare la GdR?
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
11

12. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.3 – Le tipologie strutturali
LO SNERVAMENTO DEI DIAGONALI TESI DEVE PRECEDERE IL
RAGGIUNGIMENTO DELL’INSTABILITA’ DEI DIAGONALI COMPRESSI
VANTAGGI
SPOSTAMENTI LATERALI
CONTENUTI
SVANTAGGI
VINCOLI ARCHITETTONICI
ELEMENTI DEDICATI ALLA
DISSIPAZIONE
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
12

13. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.3 – Le tipologie strutturali
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
13

14. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.3 – Le tipologie strutturali
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
14

15. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.3 – Le tipologie strutturali
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
15

16. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.3 – Le tipologie strutturali
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
16

17. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.3 – Le tipologie strutturali
AD ESEMPIO I TELAI DI EDIFICI MONOPIANO, IN CUI IL 50% DELLA
MASSA E’ CONCENTRATA NEL TERZO SUPERIORE DELL’ALTEZZA
DELL’EDIFICIO.
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
17

18. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.4 – Il fattore di struttura nelle NTC2008 - duttilità globale
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
18

19. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.4.1 – Il fattore q0
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
19

20. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.4.2 – Il rapporto au /a1
a1 moltiplicatore che causa la prima plasticizzazione, definita con lo spostamento d1
au moltiplicatore che causa il collasso, definito con lo spostamento du
ae moltiplicatore che provoca uno spostamento due=du nel sistema elastico
equivalente
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
20

21. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.4.2 – Il rapporto au /a1
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
21

22. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – confronto sulle Norme
Ordinanza 3274
Classificazione delle membrature in categorie di
duttilità sulla base della valutazione di un parametro di
snellezza “s”, funzione di:
• Snellezza delle diverse parti che compongono la
sezione
• Proprietà del materiale
• Distribuzione del momento flettente lungo l’asse
della membratura
EC3 e NTC2008
Classificazione delle membrature basata sulla
valutazione di un parametro di snellezza “ ”, funzione
di:
• Larghezza e spessore della sola parte compressa
della sezione
• Proprietà del materiale
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
22

23. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274
Ordinanza 3274
Classificazione delle membrature in categorie
di duttilità basata sulla valutazione di un
parametro di snellezza “s”
Il parametro “s” è definito come il rapporto tra la tensione fc
corrispondente alla capacità portante ultima della sezione e la tensione di
snervamento del materiale fy
Nel caso di profili a doppia T, inflessi, esso è funzione di:
• Snellezza delle flange e dell’anima
• Proprietà del materiale
• Distribuzione del momento flettente lungo l’asse della membratura
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
23

24. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274
ESEMPIO – Profilo a doppia T
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
24

25. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
25

26. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – Ordinanza 3274
Mc è il momento flettente corrispondente al manifestarsi dell’instabilità locale
N.B. Nel caso di membrature tese, “s” si determina con:
Poiché ft/fy deve essere >1.2 (cfr. slide 10) allora s>1.2 , dunque le
membrature tese sono sempre classificate come duttili
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
26

27. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
27

28. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
Cq=
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
28

29. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
29

30. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
Le classi si basano sul
parametro di snellezza:
N.B.1 nelle NTC la
larghezza della parte
compressa è indicata
nel testo con “b”,
mentre poi in tabella è
indicata con “c”
N.B.2 viene definito
Considerando E uguale
per tutti gli acciai
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
30

31. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
31

32. 3 – LE COSTRUZIONI D’ACCIAIO
3.5 – Zone dissipative e duttilità locale – NTC 2008
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
32

33. 4 – RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
Mazzolani, F.M., Landolfo, R., Della Corte, G., Faggiano, B. (2006) Edifici con Struttura di Acciaio
in Zona Sismica. IUSS PRESS, Pavia.
Ordinanza della Presidenza del Consiglio dei Ministri, N. 3274 del 20/03/2003: Primi Elementi
in Materia di Criteri Generali per la Classificazione Sismica del Territorio Nazionale e di Normative
Tecniche per le Costruzioni in Zona Sismica.
prEN 1993-1:2003. Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1: General structural rules.
prEN 1998-1:2003. Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1:
General rules. CEN, January2003.
Ing. P. E. Sebastiani – Sapienza Università di Roma
33