Strutture orizzontal

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Le principali forze sismiche (forze d’inerzia) nascono in corrispondenza degli elementi strutturali orizzontali, cui è associata la maggior parte della massa della costruzione. Tuttavia, per la maggior parte del loro periodo di utilizzo, gli elementi di questo tipo sostengono solo i carichi verticali trasversali dovuti all’accelerazione di gravità, permanenti e variabili. In questo caso prendono il nome di solai o impalcati.

Durante un terremoto, che può durare al massimo alcune decine di secondi, i solai resistono anche alle forze sismiche orizzontali, che agiscono secondo la direzione del loro piano. In questo caso vengono indicati con il termine di diaframmi. Quando funziona come un diaframma, un solaio si comporta come una trave disposta orizzontalmente caratterizzata da un rapporto lunghezza-altezza molto più piccolo di quello di una tipica trave. Per effetto delle forze sismiche, il solaio sarà soggetto a uno sforzo di taglio e a un momento flettente, il cui andamento dipende dal numero e dalla posizione dei vincoli, costituiti dagli elementi resistenti verticali.

Il termine “diaframma” serve a identificare elementi di resistenza orizzontale che trasferiscono forze laterali tra elementi di resistenza verticale (pareti o telai). I diaframmi sono generalmente formati dagli elementi del pavimento e del tetto dell’edificio; a volte, tuttavia, i sistemi di rinforzo orizzontale indipendenti dalla struttura del tetto o del pavimento, fungono da diaframmi. Il diaframma è un elemento importante nell’intero sistema di resistenza sismica (Figura 2.11). Il diaframma può essere visualizzato come una piastra orizzontale con elementi all’estremità, denominati accordi, progettati per resistere alla tensione e alla compressione: gli accordi sono simili alle flange di una trave verticale (Figura 2.11A) Un diaframma che fa parte di un sistema resistente può agire in modo flessibile o rigido, dipendendo in parte dalla sua dimensione (l’area tra gli elementi di resistenza all’estremità, o travi di irrigidimento) e dal suo materiale. La flessibilità del diaframma, rispetto alle pareti di taglio, sulle quali trasferisce le forze, ha anche una grande influenza sulla natura e sulla grandezza di tali forze. Con diaframmi flessibili in legno o rivestiti in acciaio senza calcestruzzo, le pareti assorbono i carichi affluenti (se la massa è distribuita uniformemente). Con diaframmi rigidi, le pareti distribuiscono i carichi in proporzione alla loro rigidezza (fig. 2.11B). I collettori, chiamati anche strisce o cravatte di trascinamento,

sono memorie a diaframma che “raccolgono” o “trascinano” le forze di taglio del diaframma da aree laterali non supportate agli elementi resistenti verticali (Figura 2.11C).

Scheda

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Fig. 2.15 – Configurazioni possibli del diaframma

Generalmente le chiusure orizzontali sono attraversate da corpi scala o ascensori, lucernari e altro. La dimensione e la posizione di queste

bucature sono fondamentali per l’efficacia del diaframma, e questo

è facilmente spiegabile se si considera il diaframma come una piastra rigida o più comunemente una grande trave monolitica. Ad esempio, si può vedere che le aperture tagliate nella flangia di tensione di una trave indeboliscono gravemente la capacità di carico della trave stessa. In una situazione di carico verticale, una bucatura sulla flangia della trave si verificherebbe in una regione di trazione o di compressione. In un sistema di carico laterale, invece, tale bucatura sarebbe in una regione di tensione e compressione, in quanto il carico si alternerà rapidamente nella stessa direzione (Figura 2.11D).

In sintesi, è importante che le aperture applicate ai diaframmi, che consentono il passaggio di scale ed ascensori, siano di dimensioni

non eccessive e siano posizionate in maniera tale da non

pregiudicare la capacità del diaframma di trasferire le forze sismiche agli elementi vericali resistenti.

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Gli spostamenti massimi orizzontali di un solaio in conglomerato cementizio armato sono di solito molto più piccoli di quelli degli elementi resistenti verticali, cui trasferisce le forze orizzontali. Per effetto della notevole rigidezza nel suo piano, un diaframma di questo tipo può considerarsi del tutto rigido. Un diaframma rigido

impone agli elementi verticali di spostarsi della stessa quantità, indipendentemente dalla loro rispettiva rigidezza. Solai realizzati con altri materiali possono avere una rigidezza nel proprio piano molto minore degli elementi resistenti verticali. È questo il caso dei

diaframmi flessibili, dove ogni elemento verticale è sollecitato dalla forza sismica relativa all’area di solaio corrispondente, proporzionale alla sua rigidezza. La scelta della materialità del diaframma

dipende dalle ampiezze del diaframma e dall’intensità della forza di inerzia resitenti. Diaframmi rigidi sono costituiti da lastre di calcestruzzo armato o di acciaio, mentre diaframmi flessibili sono costituiti da prodotti di lamiera di legno come compensato, truciolato o intelaiture in legno (figura 2.12). Per le costruzioni in acciaio, come quella dell’edificio industriale a un piano in figura 2.13, i diaframmi assumono solitamente la forma di telai o capriate orizzontali. Il diaframma è costituito da due capriate orizzontali e resistono alle forze orizzontali in direzione y trasferendole ai telai verticali. Si noti che questo diaframma non può resistere né trasferire le forze di direzione x. La disposizione del diaframma in fig. 2.14 è adatta a quella direzione. La fase finale della progettazione del diaframma prevede la combinazione di particolari accorgimenti (Figura 2.15). I progettisti godono di una notevole libertà durante la configurazione del diaframma di copertuta. Idealmente, un diaframma dovrebbe fornire il percorso delle forze più semplice, tale che le forze di inerzia vengano facilmente trasferite agli elementi struturali verticali.

Fig.2.14 - Diaframma rinforzato Fig.2.13 - Costruzion leggera in acciaio.