La Carpenteria Metallica

All’interno del telaio sono presenti diversi elementi metallici aventi forma e ruolo differenti:

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-Nodi di estremità (Tipo B); -Nodi intermedi;

 Alloggiamenti pannelli rettangolari;

 Perni di collegamento Nodo-Nodo;

 Elemento di collegamento pannelli triangolari e rettangolari;

 Correnti superiori;

 Correnti inferiori:

 Diagonali.

5.2.1.2.1 I Nodi Metallici

All’interno del traverso sono presenti 34 nodi intermedi predisposti per l’alloggiamento di tre lastre, 4 nodi di estremità di tipo A e B e 4 di tipo C e D, i quali rispettivamente sono dotati di una e due sedi per l’alloggiamento del vertice del pannello. Ogni nodo è composto da due parti: un nucleo e un piatto di chiusura esterno. Al nucleo viene fissato mediante saldatura il perno avente la parte terminale filettata. Il nucleo dei nodi della trave ha spessore pari a 35mm al quale si somma lo spessore del piatto di chiusura pari a 5mm, essi completano il nodo impedendo i movimenti fuori piano del vertice del pannello.

Nei piedritti sono presenti 28 nodi intermedi, che come per il traverso, sono dotati di tre alloggiamenti per i pannelli e 16 nodi di estremità delle medesime tipologie presenti nella trave. Lo spessore del nucleo, a causa dell’incremento di spessore del vetro, per il passaggio da due a tre lastre diventa 45mm, mentre il piatto di chiusura resta sempre di 5mm, collegati mediante 7 viti M6 a testa svasata piana con cava esagonale.

I nodi hanno il fondamentale compito di trasferire gli sforzi provenienti dall’involucro alle barre e ai pannelli che sono adiacenti al nodo in oggetto. Visto che il pannelli in vetro non sono ancorati al nodo metallico, ma sono semplicemente a contatto con esso, quest’ultimo può essere considerato come un vicolo unilaterale in grado di trasferire ai pannelli, solo sforzi di compressione. Il nodo grazie al

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particolare design consente altresì al pannello di muoversi e distaccarsi in presenza di sforzi di trazione.

Nodi Intermedi:

I nodi intermedi sono 34 nel traverso e 28 nei piedritti. Il nucleo centrale si differenzia in base allo spessore, passando da 35 a 45mm a seconda che sia posizionato nella trave o nelle colonne, restano invece invariati i fori necessari al passaggio della barre e nello specifico sono: un foro orizzontale di diametro di 22mm per il passaggio della barra longitudinale Ø20 e due fori inclinati a 60° di diametro 16mm per il passaggio delle barre diagonali ascendenti e e discendenti Ø14.

Figura 83: Elementi costituenti i nodi intermedi. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce 12 metri in

sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

Superiormente al nodo vengono realizzati inoltre 4 fori M10, essi risultano necessari per l’inserimento di viti senza testa con cava esagonale ed estremità piana smussata, che hanno la funzione di limitare per attrito lo scorrimento delle barra longitudinale Ø20 all’interno del nodo, una volta eseguito il precarico.

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Nella parte centrale del nodo è presente un foro di manovra di dimensioni tali da consentire l’inserimento della chiave per il serraggio dei dadi M14 delle barre diagonali, le cui estremità sono filettate.

La dimensione del foro centrale di manovra è stata determinata secondo quanto indicato nella norma UNI 6761:1992.

La forma del nucleo viene realizzata in modo tale da consentire l’incasso dei vertici di tre pannelli che convergono nel nodo in oggetto. Sulle estremità che si andranno a collocare all’interno del nodo, viene incollato un sottile strato di alluminio in modo da far sì che non vi sia contatto diretto tra acciaio e vetro, si preferisce utilizzare l’alluminio in quanto esso ha modulo elastico di valore simile al vetro, ma è più resistente di quest’ultimo pur essendo più deformabile dell’acciaio, così facendo si impedisce il verificarsi di concertazioni di tensione sui pannelli.

Figura 84: Nucleo centrale nodo intermedio. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce 12 metri in

sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

Sul nucleo centrale dei nodi vengono fissati mediante saldatura a completo ripristino di resistenza i perni con estremità filettata, i perni dei nodi posizionati sul lato 1 avranno filettatura destra, viceversa i perni posizionati sul lato 2 avranno filettatura sinistra.

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A differenza del nucleo in cui lo spessore muta, se esso è utilizzato per la colonna o per la trave, i piatti di chiusura non cambia e al fine della realizzazione del telaio sono necessari 124 piatti di spessore 5mm. Essi si connettono saldamente al nucleo del nodo mediante 14 viti M6 a testa piana svasata con cavo esagonale.

Sui piatti interni viene infine collegato mediante saldatura un piattino che serve di collegamento ai diaframmi interni.

Nodi di Estremità di Tipo A e B:

I nodi di estremità di tipo A e B sono 4 nel traverso e 8 nei piedritti. Ogni nodo si realizza mediante l’assemblaggio di 4 parti: un nucleo il cui spessore è di 35mm se il nodo in oggetto è per la trave altrimenti di 45mm nel caso di nodo per i piedritti, a questo elemento metallico, si salda il perno dotato di estremità filettata, un piatto di chiusura esterno ed un piatto di tenuta inferiore.

Figura 86: Schematizzazione elementi convergenti nel nodo.

(Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce 12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria

delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

Figura 85: Vista assonometrica, nodo con perno.

(Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce 12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

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Figura 87: Elementi costituenti i nodi di estremità. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce 12 metri in

sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

Sia per il traverso che per i piedritti il nucleo centrale presenta due fresature di diverso diametro formanti un angolo di 60°; questi fori sono necessari per consentire il passaggio della barra longitudinale e dalla barra diagonale. Il foro longitudinale passante ha diametro di 22mm (barra longitudinale Ø20) mentre la fresatura diagonale passante ha diametro di 18mm (barra diagonale Ø16).

Il nucleo presenta nella parte centrale un foro di manovra opportunamente sagomato per consentire l’inserimento della chiave dinamometrica ed il serraggio del dado di estremità (M16) della barra diagonale Ø16mm, la cui estremità è filettata. La dimensione e la forma del foro di manovra sono state determinate in accordo con la norma UNI 6761:1992, che fornisce le minime dimensioni degli spazi di manovra per poter serrare viti e dadi esagonali.

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Figura 88: Schematizzazione degli elementi convergenti nel nodo di estremità. (Mamone V., "Progetto di una trave

presollecitata di luce 12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

Il nucleo metallico presenta infine dei fori filettati M6 ortogonali al piano medio per il collegamento dei piatti laterali di chiusura. A seconda del lato su cui viene saldato il perno metallico e della sua filettatura, sinistra o destra, si ottengono i 4 differenti elementi di base dei nodi di estremità.

Dovendo utilizzare delle viti a testa svasata e quindi realizzare dei fori conici i piatti di chiusura interni si divideranno in due gruppi, quello per i Nodi A1 ed A2 e quello per i Nodi B1 e B2, analogamente i piatti di chiusura esterni si dividono in due gruppi, quello per i Nodi A1 ed A2 e quello per i Nodi B1 e B2.

Sul nucleo centrale dei Nodi A1 ed A2 i perni con estremità filettata vengono saldati sullo stesso lato, ma mentre il perno del Nodo A1 ha filettatura destra il perno del Nodo A2 ha filettatura sinistra. Per ottenere gli elementi di base dei Nodi B1 e B2 i perni vengono saldati sull’altro lato del nucleo metallico. Anche in questo caso il

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perno del Nodo B1 ha filettatura destra mentre perno del Nodo B2 ha filettatura sinistra.

Figura 89: Schematizzazione dei nodi A1, A2, B1, B2. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce 12 metri

in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

I perni nel caso dei nodi del traverso presentano sezione circolare piena di diametro 24mm e lunghezza 130mm, sono collegati ortogonalmente al nucleo centrale metallico mediante saldatura a cordone d’angolo a completo ripristino di resistenza, mentre per quanto riguarda i piedritti si scelgono perni di sezione circolare piena di diametro 27mm lasciando invariata la lunghezza a 130mm. Il tratto filettato di ogni perno ha lunghezza di 35mm e, come già osservato, la filettatura di alcuni perni è destra e quelle di altri è sinistra, questo dettaglio è necessario al fine di poter collegare correttamente i due nodi opposti facenti parte dei due diversi piani vetrati verticali. Infatti per mezzo della rotazione della barra di collegamento è possibile avvitare e svitare simultaneamente l’elemento stesso sui nodi.

La forma del nucleo viene realizzata in modo tale da consentire al nodo di alloggiare il vertice del pannello convergente nel nodo in oggetto, che ricordiamo essere raccordato con raggio di raccordo pari a 28mm.

Per evitare un diretto contatto tra l’acciaio ed il vetro sul vertice del pannello viene incollato un sottile strato di alluminio in modo da scongiurare le concentrazioni di tensione sul vetro. Si opta per l’utilizzazione dell’alluminio in quanto esso ha

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modulo elastico di entità simile al vetro, ma è più resistente di quest’ultimo pur essendo più deformabile dell’acciaio.

Nodi di Estremità di Tipo C e D:

Come è stato brevemente descritto sopra i nodi in acciaio presenti nel traverso e nelle colonne sono differenti in funzione della posizione in cui si trovano, e quindi al numero di pannelli che devono accogliere. Per questo motivo sono presenti oltre a al nodo A che accoglie un solo vertice di una lastra, un’altra tipologia di nodi per quelli di estremità che accoglie due vertici e un’ultima tipologia per quelli intermedi.

I nodi di estremità di tipo C e D sono 4 nel traverso e 8 nei piedritti. Ogni nodo si realizza mediante l’assemblaggio di 4 parti: un nucleo il cui spessore è di 35mm se il nodo in oggetto è per la trave altrimenti di 45mm nel caso di nodo per i piedritti, a questo elemento metallico, si salda il perno dotato di estremità filettata, un piatto di chiusura esterno e un elemento di tenuta inferiore, esattamente come accedeva per i nodi di tipo A e B

Figura 90: Elementi costituenti i nodi di estremità inferiori. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce 12

metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

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Anche in questo caso sul nucleo viene saldato un perno con estremità filettata e come precedentemente descritto, al fine di un corretto e più agevole montaggio le filettature dei perni nonché quelle riguardanti le viti a testa piana M6, vengono realizzate diversamente a seconda della posizione che occupano nel portale.

Sia per il traverso che per i piedritti il nucleo centrale presenta tre sedi divise da un angolo di 60° che separa i tre elementi facenti parte dello stesso piano; questi fori sono necessari per consentire il passaggio della barra longitudinale inferiore e dalle due barre diagonali, una scendente e l’altra discendente. Il foro longitudinale passante ha diametro di 22mm (barra longitudinale Ø20) mentre le due fresature diagonali passanti hanno diametro di 18mm per il passaggio della barra diagonale Ø16 di estremità e di 16mm per consentire il passaggio della barra diagonale Ø14.

Figura 91: Schematizzazione elementi convergenti nel nodo. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce

12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

Il nucleo presenta nella parte centrale un foro di manovra opportunamente sagomato per consentire l’inserimento della chiave dinamometrica ed il serraggio del dado di estremità (M16) della barra diagonale Ø16mm, la cui estremità è filettata. La dimensione e la forma del foro di manovra sono state determinate in accordo con la

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norma UNI 6761:1992, che fornisce le minime dimensioni degli spazi di manovra per poter serrare viti e dadi esagonali.

Il nucleo metallico presenta infine dei fori filettati M6 ortogonali al piano medio per il collegamento dei piatti laterali di chiusura. A seconda del lato su cui viene saldato il perno metallico e della sua filettatura, sinistra o destra, si ottengono i 4 differenti elementi di base dei nodi di estremità.

Dovendo utilizzare delle viti a testa svasata e quindi realizzare dei fori conici i piatti di chiusura interni si divideranno in due gruppi, quello per i Nodi C1 ed C2 e quello per i Nodi D1 e D2, analogamente i piatti di chiusura esterni si dividono in due gruppi, quello per i Nodi C1 ed C2 e quello per i Nodi D1 e D2.

Figura 92: Schematizzazione dei nodi C1, C2, D1, D2. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di luce 12 metri

in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

Come per i nodi precedentemente descritti, sul nucleo centrale dei Nodi C1 ed C2 i perni con estremità filettata vengono saldati sullo stesso lato, ma mentre il perno del Nodo C1 ha filettatura destra il perno del Nodo C2 ha filettatura sinistra. Per ottenere gli elementi di base dei Nodi D1 e D2 i perni vengono saldati sull’altro lato del nucleo metallico. Anche in questo caso il perno del Nodo D1 ha filettatura destra mentre perno del Nodo D2 ha filettatura sinistra.

I perni nel caso dei nodi del traverso presentano sezione circolare piena di diametro 24mm e lunghezza 130mm, sono collegati ortogonalmente al nucleo centrale metallico mediante saldatura a cordone d’angolo a completo ripristino di

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resistenza, mentre per quanto riguarda i piedritti si scelgono perni di sezione circolare piena di diametro 27mm lasciando invariata la lunghezza a 130mm. Il tratto filettato di ogni perno ha lunghezza di 35mm.

La forma del nucleo viene concepita in modo tale da consentire al nodo di alloggiare i vertici dei due pannelli che convergono nel nodo in oggetto.

Per evitare un diretto contatto tra l’acciaio ed il vetro sul vertice del pannello viene incollato un sottile strato di alluminio in modo da scongiurare le concentrazioni di tensione sul vetro. Si opta per l’utilizzazione dell’alluminio in quanto esso ha modulo elastico di entità simile al vetro, ma è più resistente di quest’ultimo pur essendo più deformabile dell’acciaio.

5.2.1.2.2 Il Nodo di Collegamento del Pannello Rettangolare

I pannelli rettangolari vengono connessi al nodo mediante l’utilizzo di un collegamento a cerniera, che come da definizione, consente solo il trasferimento degli sforzi di compressione del piano del vetro. Questi secondi elementi vitrei nel caso della trave venivano posizionati solo nell’estradosso di quest’ultima, zona soggetta a compressione, essendo essa semplicemente appoggiata e quindi soggetta a solo momento positivo e non, ovviamente, nella zona inferiore soggetta a trazione.

Figura 93: Schema degli elementi necessari per la connessione del pannello rettangolare. (Mamone V., "Progetto di una

trave presollecitata di luce 12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

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Il caso del portale però si differenzia dalla trave in quanto, proprio a causa del funzionamento a telaio si verifica l’inversione del momento agli estremi della trave e lungo i piedritti, per questo motivo sono stati inseriti i pannelli rettangolari anche nell’intradosso della trave e nella parte interna delle colonne. Si ricorda che come per i pannelli triangolari, anche i rettangolari costituenti i piedritti, sono realizzati con pannelli laminati con tre lastre di vetro e due strati di PVB, allo scopo di evitare che le lastre portanti vengano accidentalmente danneggiate dagli utenti.

Il collegamento si realizza in corrispondenza dei vertici dei pannelli rettangolari mediante l’ausilio di un elemento metallico a L di spessore pari al vetro, sul quale vengono fissati mediante viti M6 a testa piana svasata con cava esagonale, i due piattini di chiusura di spessore di 5mm che, esattamente come per le lastre triangolari, hanno il compito di contenere ed impedire gli spostamenti fuori piano del pannello.

La L verrà saldata ad un profilo cavo che verrà inserito nel perno saldato ortogonalmente al nodo, per i perni di diametro pari a 24mm il profilo avrà diametro esterno di 33.7mm e spessore 4 mm mantenendo un gioca fra i due di 4mm. Per il perno di estremità maggiorato a 27mm verrà utilizzato un profilo cavo a sezione circolare con diametro esterno di 37.7mm in modo tale da avere anche in questo caso uno gioco di 4mm a disposizione.

Figura 94: collegamento a cerniera cilindrica del pannello rettangolare. (Mamone V., "Progetto di una trave

presollecitata di luce 12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

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Ai vertici del vetro verrà incollato un sottile strato di alluminio che come precedentemente descritto ha il compito di evitare un diretto contatto tra l’acciaio ed il vetro si scongiurano in tal modo le concentrazioni di tensione sul vetro. Inoltre non fissando nemmeno in questo caso il vetro al nodo in acciaio ma semplicemente incassandolo, si impedisce il trasferimento degli sforzi di trazione. Si opta per l’utilizzazione dell’alluminio in quanto esso ha modulo elastico di entità simile al vetro, ma è più resistente di quest’ultimo pur essendo più deformabile dell’acciaio.

5.2.1.2.3 Il Collegamento Nodo – Nodo

Il collegamento dei due piani verticali contenenti i pannelli triangolari vetrati, realizzato in corrispondenza dei nodi metallici, avviene per mezzo dell’utilizzo di un profilo cavo a sezione circolare alle cui estremità vengono fissati mediante apposita saldatura due dadi M24 o M27, in funzione che il collegamento avvenga in un nodo intermedio oppure di estremità. Questi dadi andranno ad avvitarsi grazie a due filettature opposte sull’estremità filettata realizzata sui perni saldati ortogonalmente ai nodi. In questo modo semplicemente ruotando la barra si avvicinano e si fissano strettamente le tue pareti verticali vetrate, sia della trave che dei due piedritti.

Figura 95: Schema di collegamento tra due nodi dei due piani vetrati. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata

di luce 12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

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5.2.1.2.4 Il Collegamento Pannello Rettangolare – Pannello

Triangolare.

Come è stato descritto in precedenza, mediante il sistema costruttivo TVT, la sola parte reagente agli sforzi di compressione è il vetro. Le sollecitazioni in questione vengono generate dal peso proprio, dal momento flettente oltre che dai carichi che gravano sul portale. L’entità di queste azioni è piuttosto elevata, per questo oltre che per il limitato spessore delle lastre a fronte della luce, si realizza un vincolo che connetta tra di loro un pannello triangolare ed il limitrofo pannello rettangolare allo scopo di ridurre al lunghezza libera di inflessione dei pannelli stessi, limitando in questo modo il pericolo di instabilizzazione delle lastre soggette a sforzi di compressione ed impedendo gli spostamenti fuori piano.

Figura 96: Collegamento tra pannello triangolare e rettangolare. (Mamone V., "Progetto di una trave presollecitata di

luce 12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

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presollecitata di luce 12 metri in sistema misto vetro-acciaio", Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Costruzioni Civili, Facoltà di Ingegneria, Università di Pisa, A.A. 2010/2011)

Il vincolo viene realizzato per mezzo di tre elementi metallici, in corrispondenza della mezzeria del lato della lastra, due delle tre parti metalliche sono connesse rispettivamente al pannello rettangolare e triangolare e hanno una forma tale da contenere al loro interno lo spessore della lastra, il terzo elemento sagomato a L ha la funzione di connettere le due parti mediante fissaggio con due dadi M6. Anche