Criteri di progettazione in zona sismica di strutture in XLAM

Le ricerche riguardo al comportamento statico e sismico dei pannelli XLAM eseguite negli ultimi anni in tutta Europa hanno dato la possibilità di definire delle regole e indicazioni progettuali da poter utilizzare sia per quanto riguarda il campo statico che quello sismico. Gli edifici multipiano a struttura portante a pannelli incrociati sono piuttosto leggeri, l’azione orizzontale prodotta dal vento è dello stesso ordine di grandezza rispetto a quella sismica e per questo motivo non può essere in ogni modo trascurata, quindi bisogna prestare particolare attenzione in fase progettuale anche nelle zone in cui si ha una bassa sismicità.

Come già detto, un edificio in XLAM è una struttura scatolare in cui i solai e le pareti formano dei diaframmi costituiti quindi da pannelli di legno che vengono tra loro collegati tramite giunzioni meccaniche metalliche.

Nell’ipotesi di una struttura scatolare, il fabbricato viene sollecitato dall’azione sismica, che a sua volta viene ripartita in primo luogo dagli orizzontamenti progettati in modo tale da

risultare come elementi rigidi nel proprio piano, in secondo luogo quest’ultimi la diffondono alle pareti in funzione della loro rigidezza e come ultimo step viene trasmessa ai piani inferiori fino ad arrivare alle fondazioni. Il taglio sismico è ripartito fra le pareti in funzione della loro rigidezza andando a considerare quelli che sono gli effetti torsionali che vengono computati sommando un eccentricità accidentale, calcolata spostando il centro di massa nelle varie direzioni e considerando una distanza del 5 % della dimensione massima dell’orizzontamento, con la classica eccentricità effettiva tra baricentro delle masse e baricentro delle rigidezze, il tutto naturalmente nell’ipotesi di diaframmi orizzontali rigidi. Le pareti investite da azioni orizzontali nel proprio piano, sono soggette ad un duplice fenomeno che porta allo scorrimento e al sollevamento delle stesse, in funzione di questa doppia azione devono essere verificate inserendo degli elementi di collegamento, come hold-down, angolari metallici e/o viti, capaci di contrastare questo tipo di sollecitazioni. Si può pensare di schematizzare il sistema come se fosse formato da pannelli infinitamente rigidi nel proprio piano che vengono collegati da unioni meccaniche metalliche deformabili. A dimostrazione di questo risulta che in seguito ad un determinato evento le deformazioni di un sistema di questo tipo, (sistema parete realizzato con pannelli Xlam uniti con giunzioni metalliche), vengono causate principalmente dalle deformazioni che si presentano sulle giunzioni, dell’ordine di un centimetro, rispetto a quelle che si registrano nel pannello, dell’ordine di un millimetro.

La rigidezza di una parte viene considerata in funzione della propria lunghezza nel solo caso in cui le giunzioni sia verticali (parete–parete), che orizzontali (solaio-parete) siano distribuite in modo uniforme lungo tutta la parete stessa.

La normativa italiana permette di andare a studiare la struttura secondo un’analisi statica lineare e considerando l’azione sismica agente nelle due direzioni principali, assumendo il primo modo di vibrare della struttura come se fosse una distribuzione di spostamenti che aumentano in maniera lineare in funzione dell’altezza dell’edificio, il tutto nell’ipotesi di struttura regolare sia in pianta che in altezza. Nel caso in cui la struttura in base ai criteri indicati all’interno della normativa non risulti conforme alla regolarità strutturale, è necessario schematizzare la struttura modellandola nel suo insieme in modo tale che sia le pareti che le giunzioni metalliche vadano a soddisfare i requisiti di diaframmi rigidi, eseguendo in questo modo un’analisi dinamica che a seconda dei casi sarà lineare o non lineare. Schematizzando le pareti mediante elementi shell mediante i quali vengono opportunamente definite le caratteristiche di rigidezza a taglio e a compressione equivalente, e allo stesso tempo le connessioni meccaniche mediante elementi di rigidezza equivalente, è possibile effettuare una modellazione lineare piuttosto affidabile.

Esempio di schematizzazione di una struttura mediante elementi shell (Tratta da Promo Legno).

Per poter ottenere un adeguato comportamento scatolare della struttura risulta essenziale che non intervengano cedimenti di tipo geometrico sia a livello locale che a quello globale. In poche parole la struttura non si deve aprire ma deve rimanere connessa. Per poter garantire che ciò non si verifichi le connessioni devono essere progettate in modo tale da rimanere sempre in campo elastico essendo dotate di riserve di sovra resistenza, consentendo quindi in conformità alla gerarchia delle resistenze di dissipare adeguatamente

l’energia trasferita dal sisma.

Le connessioni tra pannelli e solaio devono assicurare l’ipotesi di solaio rigido che si ottiene nel caso si abbia una totale assenza di scorrimento relativo. La giunzione tra solaio e parete sottostante deve essere studiata in modo tale da permettere che ad ogni piano sia presente un piano rigido al quale le stesse pareti ne risulteranno connesse rigidamente. Allo stesso modo devono essere dotate di sovra resistenza le connessioni verticali fra le pareti che si intersecano e in particolar modo agli spigoli degli edifici garantendo stabilità strutturale.

Connessioni che devono risultare dotate di sovraresistnza per poter garantire il funzionamento scatolare (Tratta da Promo Legno).

Sono inoltre presenti elementi dotati di un elevato comportamento duttile e che quindi vengono devoluti alla dissipazione di energia andando a garantire una riserva di resistenza nei confronti delle azioni di progetto e sono:

 connessioni verticali fra parete-pannelli;

 connessione a taglio alla base delle pareti;

 connessione a trazione in corrispondenza dell’inizio e della fine di ciascuna parete e in corrispondenza delle aperture. (hold-down).

Secondo le indicazioni fornite dalla gerarchia delle resistenze questi elementi devono essere progettati in modo tale da resistere alle azioni sismiche. Quindi è importante che la resistenza nei confronti delle azioni orizzontali sia decrescente partendo dai piani bassi fino ad arrivare a quelli alti in modo proporzionale alla diminuzione del taglio di piano.

Dovrà essere evitato il sovradimensionamento dei collegamenti andando a progettare le connessioni stesse in modo tale che a tutti i piani le unioni meccaniche si plasticizzino contemporaneamente.

Questo concetto risulta essere molto importante sia al fine di escludere eccessivi sovradimensionamenti delle connessioni rispetto a quelle necessarie per garantire un adeguato comportamento scatolare, sia allo scopo di fornire alla struttura il livello di duttilità richiesto garantendo quindi una maggiore resistenza.