Regolarità in pianta e in elevazione NTC

Nella nuova normativa sismica (NTC 2008) si definisce in modo quantitativo il concetto di regolarità, sia in pianta (Figura 1.14-1.15) che lungo l’altezza dell’edificio. Il punto 7.2.2 delle NTC 2008 riporta:

“ 7.2.2 CARATTERISTICHE GENERALI DELLE COSTRUZIONI - Regolarità

Le costruzioni devono avere, quanto più possibile, struttura iperstatica caratterizzata da regolarità in pianta e in altezza. Se necessario ciò può essere conseguito suddividendo la struttura, mediante

giunti, in unità tra loro dinamicamente indipendenti.

Per quanto riguarda gli edifici, una costruzione è regolare in pianta se tutte le seguenti condizioni sono rispettate:

a) la configurazione in pianta è compatta e approssimativamente simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali, in relazione alla distribuzione di masse e rigidezze;

b) il rapporto tra i lati di un rettangolo in cui la costruzione risulta inscritta è inferiore a 4; c) nessuna dimensione di eventuali rientri o sporgenze supera il 25 % della dimensione totale della costruzione nella corrispondente direzione;

d) gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistenti.

Sempre riferendosi agli edifici, una costruzione è regolare in altezza se tutte le seguenti condizioni sono rispettate:

e) tutti i sistemi resistenti verticali (quali telai e pareti) si estendono per tutta l’altezza della costruzione;

f) massa e rigidezza rimangono costanti o variano gradualmente, senza bruschi cambiamenti, dalla base alla sommità della costruzione (le variazioni di massa da un orizzontamento all’altro non superano il 25 %, la rigidezza non si riduce da un orizzontamento a quello sovrastante più del 30% e non aumenta più del 10%); ai fini della rigidezza si possono considerare regolari in altezza strutture dotate di pareti o nuclei in c.a. o pareti e nuclei in muratura di sezione costante sull’altezza o di telai controventati in acciaio, ai quali sia affidato almeno il 50% dell’azione sismica alla base;

g) nelle strutture intelaiate progettate in CD “B” il rapporto tra resistenza effettiva3 e resistenza richiesta dal calcolo non è significativamente diverso per orizzontamenti diversi (il rapporto fra la resistenza effettiva e quella richiesta, calcolata ad un generico orizzontamento, non deve differire più del 20% dall’analogo rapporto determinato per un altro orizzontamento); può fare eccezione l’ultimo orizzontamento di strutture intelaiate di almeno tre orizzontamenti;

h) h) eventuali restringimenti della sezione orizzontale della costruzione avvengono in modo graduale da un orizzontamento al successivo, rispettando i seguenti limiti: ad ogni orizzontamento il rientro non supera il 30% della dimensione corrispondente al primo orizzontamento, né il 20% della dimensione corrispondente all’orizzontamento immediatamente sottostante. Fa eccezione l’ultimo orizzontamento di costruzioni di almeno quattro piani per il quale non sono previste limitazioni di restringimento.

Per i ponti le condizioni di regolarità sono definite nel § 7.9.2.1.”

Per poter chiarificare il concetto della regolarità è opportuno specificare i concetti di centro di massa e centro di rigidezza.

Il verificarsi di un sisma induce un’accelerazione nella struttura che provoca la nascita di forze d’inerzia orizzontali; generalmente queste possono essere rappresentate da forze

concentrata la massa dell’edificio. Il punto dove, nel singolo piano, agisce la forza di inerzia è il centro di massa (CM). L’effetto delle forze orizzontali su un generico piano della struttura è quello di farlo traslare e ruotare orizzontalmente come un corpo rigido rispetto al piano sottostante (nell’ipotesi di solai rigidi nel piano): uno spostamento verrà quindi imposto a tutti i telai e le pareti del piano e provocherà la nascita di forze orizzontali resistenti (forze di taglio) proporzionali alla rigidezza dei telai e delle pareti.

CR

CM R

F

Figura 1.14:Forma in pianta irregolari

Se il centro delle masse e quello delle rigidezze coincidono, il movimento teorico del piano sarà puramente traslatorio e, nell’ipotesi di solai rigidi nel piano, tutti i punti del piano subiranno un uguale spostamento; se, invece, il centro di masse il centro di rigidezza non

coincidono, forza agente (Fi) e forza resistente (V) non possono equilibrarsi senza che nasca

anche un momento (M) e quindi venga anche indotta una rotazione relativa del piano. Ciò implica sia un aumento della forza di taglio su alcuni elementi resistenti sia ulteriori spostamenti di interpiano che possono diventare eccessivi.

E’, dunque, indispensabile conoscere la posizione di centro di massa e centro di rigidezza, nonché la minimizzazione della loro distanza, in modo da evitare effetti torsionali sfavorevoli e quindi eccessive deformazioni degli elementi più lontani dal centro di rigidezza con conseguente richiesta non uniforme di duttilità.

Nella figura precedente sono presentati alcuni casi in cui gli elementi strutturali, resistenti alle forze orizzontali, sono disposti in maniera errata e viene proposta una scelta migliore.

È necessario evidenziare che, nel momento in cui si suppone che tutti gli elementi resistente alle forze orizzontali hanno raggiunto lo snervamento, le forze risulteranno distribuite secondo le resistenze, non secondo le rigidezze. Dunque: sarebbe corretto considerare un centro di resistenza piuttosto che un centro di rigidezza ed in funzione della sua collocazione rispetto al centro di massa valutare gli effetti torsionali.

Deve, inoltre, esserci regolarità in termini di distribuzione di rigidezze e masse lungo l’altezza dell’edificio, affinché le richieste di resistenza locali e globali siano comparabili: questo permette di evitare la formazione di piani deboli in cui si concentrano le deformazioni e, quindi, la richiesta di duttilità.

M

Figura 1.15: Problemi di irregolarità in elevazione

Sono anche da evitare disallineamenti di travi o colonne in quanto provocano interruzioni nei percorsi dei carichi, individuando zone deboli nella struttura dove si hanno richieste concentrate di duttilità; la presenza di irregolarità in altezza è determinante anche per ciò che concerne la scelta del metodo di analisi.