Le azioni sismiche prescritte per la verifica ai diversi stati limite sono variabili a seconda del tipo di edificio considerato e della sua vita utile. Questo perché taluni edifici con funzioni strategiche devono conservare la loro operatività anche in caso di grave sisma, mentre altre, per lo stesso evento, devono limitarsi a salvaguardare la vita degli occupanti. Inoltre tanto maggiore sarà la vita utile dell’edificio, tanto maggiori saranno le probabilità di incorrere in un terremoto distruttivo. Questi due fattori sono messi in conto ai paragrafi 2.4.1 e 2.4.2 delle norme tecniche mediante la “vita nominale” e la “classe d’uso” dell’opera strutturale.
4.3.1 Vita nominale, classe d’uso e pericolosità
L’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche è la pericolosità sismica di base. Essa è definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa ag, in condizioni di campo libero su sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale, nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente Se(T), con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza Pvr nel periodo d riferimento Vr. Il periodo di riferimento si ricava per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale VN per un coefficiente d’uso funzione della classe d’uso.
La vita nominale di un’opera (VN) è intesa come il numero di anni nel quale la struttura, purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve potere essere usata per lo scopo al quale è destinata.
Per la struttura in oggetto si ricava:
Classe d’uso IV → Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità; VN ≥ 50 → Opere ordinarie, ponti, opere e dighe di dimensioni contenute o di
importanza normale; Cu = 2.0;
67 VR = VN x Cu = 100 anni → Vita di riferimento della struttura.
Noto il periodo di riferimento, la normativa italiana precisa che nei confronti delle azioni simiche gli stati limiti, sia di esercizio che ultimi, sono individuati con riferimento alle prestazioni della costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, non strutturali e gli impianti.
Gli stati limite di esercizio sono:
Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, non strutturali e le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni significative;
Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, non strutturali e le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature.
Gli stati limite ultimi sono:
Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la struttura subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali e impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una significativa perdita di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;
Stato Limite di Collasso (SLC): a seguito del terremoto la struttura subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni
68 molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali. Le probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR , cui riferirsi per individuare l’azione sismica agente in ciascuno degli stati limiti considerati, sono riportate in Fig.4.7:
Figura 0.7: Probabilità di superamento nel periodo di riferimento Vr.
Il periodo di ritorno può essere calcolato per ogni stato limite facendo uso dell’equazione:
TR = -
4.3.2 Pericolosità sismica di base
Le azioni sismiche di progetto, in base alle quali valutare il rispetto dei vari stati limiti considerati, si definiscono a partire dalla pericolosità sismica di base del sito di costruzione, che costituisce l’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche. Tale pericolosità è definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa ag e in termini delle ordinate dello spettro di progetto di risposta elastico in accelerazione Se(T) corrispondente all’accelerazione sopra definita, con riferimento a prefissate probabilità di superamento PVR nel periodo di riferimento VR.
Le NTC definiscono le forme spettrali per ciascuna probabilità di superamento a partire dai seguenti parametri su sito di riferimento rigido orizzontale:
ag : accelerazione orizzontale massima al sito;
F0 : valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale;
TC*: periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro in accelerazione orizzontale.
Per determinare il valore di tali parametri è stato impiegato il foglio di calcolo “Spettri- NTC ver.1.0.3.xls”, sviluppato dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e
69 liberamente distribuito, di cui si riportano di seguito le schermate riepilogative dei dati di progetto. Successivamente, in Fig.4.8, sono riportati i valori dei parametri spettrali relativi al sito in esame, in funzione del periodo di ritorno TR.
Figura 4.8: Valori dei parametri spettrali relativi al sito in esame.
4.3.3 Spettri di risposta elastici
Noti i parametri spettrali ag , F0, e TC* relativi alla pericolosità sismica di base, in funzione dei periodi di ritorno della costruzione (diversi al variare dello stato limite considerato), vengono definiti gli spettri di risposta elastici relativi all’azione sismica. Tali spettri sono espressi da una forma spettrale (spettri normalizzati) riferita ad uno smorzamento convenzionale del 5%, moltiplicata per il valore dell’accelerazione massima al suolo su un sito di riferimento rigido.
Sia la forma spettrale che il valore di ag variano al variare delle probabilità di superamento nel periodo di riferimento PVR .
70 In accordo con quanto esposto al § 3.2.3.2.1 delle NTC08, quale che sia la PVR considerata, lo spettro di risposta elastico della componente orizzontale è definito dalle seguenti equazioni:
Nelle quali:
T e Se sono rispettivamente il periodo di vibrazione e l’accelerazione spettrale
orizzontale;
TB = TC /3 periodo corrispondente all’inizio del tratto ad accelerazione costante dello spettro;
TC = CC TC* periodo corrispondente all’inizio del tratto a velocità costante dello spettro;
TD = 4,0
+ 1,6 periodo corrispondente all’inizio del tratto a spostamento costante dello spettro.
Il coefficiente S tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche mediante la seguente relazione:
S = SS ST
Essendo SS il coefficiente di amplificazione stratigrafica e ST il coefficiente di amplificazione topografica , entrambi tabellati sulla NTC.
71 La categoria topografica del sito in esame è la T1
4.3.4 Spettro di risposta elastico in accelerazione per gli stati limiti di esercizio
Per la determinazione dello spettro elastico per gli stati limiti di esercizio relativo al sito di costruzione della struttura è stato impiegato il foglio di calcolo “Spettri-NTC ver.1.0.3.xls”, di cui si riportano di seguito i parametri dello spettro di risposta orizzontale:
73 4.3.5 Spettro di risposta elastico in accelerazione per gli stati ultimi
Per la determinazione dello spettro elastico per gli stati limiti ultimi relativo al sito di costruzione della struttura è stato impiegato il foglio di calcolo “Spettri-NTC ver.1.0.3.xls”, di cui si riportano di seguito i parametri dello spettro di risposta orizzontale:
74 4.3.6 Fattore di comportamento
Il fattore base del fattore di comportamento è stato inizialmente scelto in maniera tale che le sollecitazioni derivanti dall’analisi con spettro di risposta agli SLV risultassero inferiori alle sollecitazioni derivanti dall’analisi con spettro di risposta agli SLD, relativamente al range di periodi ricavati dall’analisi modale.
Poiché lo spettro di progetto allo SLV si ricava dallo spettro di risposta elastico allo SLV, riducendo le ordinate, sostituendo nelle equazioni 3.2.4 NTC η con 1/q.
Dagli spettri elastici è risultato:
Se,SLV > Se,SLD
si è deciso di operare un abbattimento dello spettro elastico SLV riducendo il fattore di comportamento nel seguente modo:
=
0,521/0,235 = 2.21 Poiché il fattore di comportamento limite per CD”B” risulta:75
q
lim= 3· αu/α1=3·1,3 = 3,9 > 2,21Si è ritenuto opportuno verificare la struttura in oggetto come appartenente alla classe CD”B”.
4.3.6 Modellazione
Il progetto degli elementi strutturali che costituiscono l’ossatura portante dell’edificio, passa attraverso la definizione di un opportuno modello di calcolo che correli le azioni ed i loro effetti (sollecitazioni). Nel caso di strutture in calcestruzzo armato e acciaio costituite essenzialmente dall’assemblaggio di elementi “monodimensionali”, in cui cioè una dimensione prevale sulle altre due, la via più semplice è l’utilizzo di un modello tridimensionale ad elementi finiti. In particolare nel caso in esame, per la modellazione è stato utilizzato il software SAP2000. Tutti gli elementi costituenti la mia struttura sono stati modellati come Beam (Fig.4.9-4.10). Il modello ad elementi finiti è stato realizzato ammettendo valida l’ipotesi di impalcato infinitamente rigido nel proprio piano, mettendo in conto la presenza di tratti rigidi congiungenti i nodi con le estremità delle aste ed assegnando alle travi una rigidezza flessionale ed a taglio ridotta del 50%, per tenere conto della fessurazione, nei limiti di quanto consentito dalla norma.
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Figura 4.9: Modello capannone industriale.
Figura 4.10: Modello capannone industriale.
5. COPERTURA METALLICA:
I carichi agenti sulla copertura sono:
carico neve: qs = 0.48 KN/m2
qk = 0.50 KN/m2
impianti + controsoffitto = 0.05 KN/m2
77 quindi:
qtot=1.03 KN/m2
Il manto di copertura scelto è una lamiera grecata tipo PGB TD5 (Fig. 4.10) di spessore s=50mm che garantisce una freccia f < 1/200L per carichi di 268 kg/m2 avente un peso Wlam =12.04 kg/m2 = 0.1204 KN/m2 (Fig.5.1), supportata da arcarecci distanziati di 2 m ciascuno:
Figura 5.1: Lamiera grecata Marcegaglia TD5.