7. VERIFICHE DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI
9.1 EDIFICIO CONTROVENTATO ESTERNAMENTE CON STRUTTURE METALLICHE
La proposta di intervento che si propone è quella dell’installazione di telai realizzati in acciaio S235 disposti all’esterno dell’edificio stesso unita a un ampliamento (costituito da struttura in acciaio) del corpo aule.
Questa soluzione è stata ritenuta la migliore in riferimento al contesto per le seguenti motivazioni: Conservazione della struttura resistente esistente;
Ridotte lavorazioni interne alla struttura; Fruibilità della scuola non interrotta; Tempi di realizzazione ristretti; Costi dell’intervento contenuti.
Per completezza ripotiamo le caratteristiche del materiale impiegato:
L’inserimento delle strutture metalliche disposti su quattro lati (due per direzione principale X e Y), accompagnato dalla presenza dei solai considerati infinitamente rigidi nei propri piani, riducono significativamente la vulnerabilità sismica portando a una sorta di simmetria di piano (imponendo i controventi con uguali caratteristiche dimensionali e in termini di rigidezza).
Concettualmente l’intervento mira a incassare le sollecitazioni prodotte dai carichi orizzontali e quindi essenzialmente sisma e vento e scaricare la struttura esistente in cemento armato la quale si dovrà confrontare con i soli carichi gravitazionali.
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In genere la localizzazione degli elementi metallici è in corrispondenza di facciate dove non sono presenti aperture al fine di evitare un impegno del campo visivo e nel nostro caso specifico, per la sicurezza e incolumità degli scolari.
I nuovi telai che si troveranno in prossimità dell’unità strutturale del corpo aule, saranno costituiti da colonne con sezione circolare cava D=329,3mm e spessore t=10 mm collegate da membrature orizzontali realizzate in doppi profili UPN 180 e da diagonali che saranno rispettivamente di dimensione doppio UPN 240 al piano terreno e doppio UPN 180 al piano primo.
Le colonne presentano delle piastre atte a ricevere il collegamento con gli altri profili saldate a completa penetrazione mentre i correnti e i diagonali si fisseranno mediante imbullonatura con elementi di classe 8.8.
Attraverso una finitura di zincatura a caldo di spessore adeguato, gli elementi saranno messi a riparo dal fenomeno della corrosione.
Figura 76 Schema controventi Corpo Aule Us1-2
Per quanto riguarda i controventi in prossimità dell’unità strutturale della palestra, saranno definiti due tipologie distinte:
Controventi atti a incassare gli sforzi del corpo palestra; Controventi atti a incassare gli sforzi del corpo spogliatoio.
I primi saranno costituiti da colonne con sezione circolare cava D=329,3mm e spessore t=10 mm collegate da membrature orizzontali realizzate in doppi profili UPN 180 e da diagonali che saranno rispettivamente di dimensione D=273,1mm e t=10mm al piano terreno e di dimensione
D=219,1mm t=8mm al piano primo.
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I secondi invece dovendo essere installati in prossimità degli spogliatoi avranno un’altezza minore e saranno costituiti da da colonne con sezione circolare cava D=273,1 mm e spessore t=10 mm collegate da membrature orizzontali realizzate in doppi profili UPN 180 e da diagonali che saranno rispettivamente di dimensione D=219,1mm e t=10mm.
Figura 78 Schema controventi bassi Corpo Palestra Us3
In entrambi i casi le colonne presentano delle piastre atte a ricevere il collegamento con gli altri profili saldate a completa penetrazione mentre i correnti e i diagonali si fisseranno mediante imbullonatura con elementi di classe 8.8.
Attraverso una finitura di zincatura a caldo di spessore adeguato, gli elementi saranno messi a riparo dal fenomeno della corrosione.
Il collegamento tra le nuove strutture e l’edificio esistente, dovendo realizzare un vincolo di tipo rigido, sarà realizzato mediante l’inserimento di barre filettate Φ16 a passo di 50 cm che
collegheranno la trave di bordo della struttura con il corrente del telaio controventato.
Le barre metalliche, in caso di eventi sismici ad alta intensità, mediante una propria deformazione permetteranno di dissipare parte dell’energia e evitare l’accumulo di deformazioni per tensioni normali.
Nel particolare si può notare la solidarizzazione tra i due elementi:
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Le colonne realizzate in sezione circolare cava sono state scelte dovendo confrontarsi con uno stato di tensione biassiale che verosimilmente si configurerà nella parte più bassa dell’elemento stesso, andando perciò ad attingere alle capacità dissipative e quindi plastiche.
Come detto in sede di presentazione del l’intervento, le caratteristiche meccaniche unite alle caratteristiche in termini di rigidezza, permetteranno alla struttura di essere scaricata dal gravoso compito di incassare gli sforzi provenienti dalle azioni orizzontali per i terremoti di modeste entità e non soltanto.
L’azione che produrrebbe il collasso dei telai metallici è stato imposta maggiore rispetto all’azione dello Stato Limite di Collasso in modo da mantenere la struttura in campo elastico senza
l’intervento della struttura esistente in calcestruzzo armato.
Al fine di garantire una difesa della scuola dalle azioni orizzontali è stato deciso di dotare i controventi di fondazioni isolate su plinti solidarizzati al terreno mediante il getto a bassa pressione di quattro micropali della lunghezza di 10m ciascuno.
I micropali sono formati da un profilo circolare cavo di dimensioni D=139,7mm t=8mm disposto all’interno del palo di cemento di diametro finale di 220mm.
Figura 80 Nodo di Fondazione Controventi Esterni
Il calcolo strutturale è stato condotto con analisi statica di tipo lineare mediante l’utilizzo del software di calcolo Straus7 HSH s.r.l. di Padova assumendo come vita nominale Vn=50 anni classe di utilizzo dell’immobile la Classe III con coefficiente Cu=1,5 e fattore di struttura q=1,5 essendo un edificio esistente.
Di seguito si riporta una pianta in cui vengono localizzati i controventi e si evidenzia l’ampliamento.
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Durante la conduzione delle analisi si è potuto osservare che il corpo aule di forma “L”
comprendente i locali dove si svolgono le lezioni e il mezzanino dove risiede la parte dirigenziale della scuola, presentava modi di vibrare di tipo torsionale denunciando la deformazioni maggiori in corrispondenza dell’intersezione delle due unità.
Il fenomeno si può ritenere innescato da due motivazioni principali:
Per l’unità strutturale Us2 è presente un solo controvento in direzione X mentre il ritegno degli spostamenti in direzione Y è affidato alla rigidezza proveniente dalla presenza del corpo Us1 e i controventi su esso disposti, tuttavia una sorta di asimmetria in termini di rigidezza conduce al fenomeno sopra elencato;
Le differenti quote dei solai di calpestio del primo piano e copertura conducono alla schematizzazione dei pilastri colleganti i diversi livelli in elementi tozzi; tali entità
presentando una rigidezza molto maggiore rispetto agli altri incassano perciò anche delle sollecitazioni più gravose.
A tal proposito si promuove un intervento di tipo locale che miri a creare una sorta di setto in corrispondenza dell’unione delle due unità strutturali.
Questo elemento essendo molto rigido oltre a regolarizzare il movimento dell’unità Us2 (da moto torsionale a moto flessionale) sarà anche in grado di incassare gli onerosi sforzi di taglio presenti. L’intervento si realizza andando a costipare l’intercapedine interno alle tamponature e
solidarizzando la fodera interna e la fodera esterna degli elementi non strutturali. Si noti in figura la localizzazione del intervento.
Figura 83 Pianta delle zone interessate dal fenomeno
N.B.
Gli spostamenti sono stati scalati in modo da rendere comprensiva la deformazione.
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Come possiamo vedere negli screenshot di seguito riportati sia nel caso del corpo aule che nel caso della palestra i solai sono stati modellati come diaframmi e quindi in grado di materializzare un effetto diaframma avente caratteristica di infinita rigidezza nel proprio piano.
Inoltre grazie alla presenza di giunti sismici in corrispondenza della pensilina collegante le due unità strutturali si sono potute studiare le due strutture come indipendenti tra di loro.
Unità strutturale Us12
Figura 84 Screenshot Us1-2 post intervento vista n°1
Figura 85 Screenshot Us1-2 post intervento vista n°2
Unità strutturale Us3
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