Progetto di un edificio commerciale a Latina: soluzioni strutturali ed energetiche

(1)

I

Indice

I

NTRODUZIONE

E

BREVE

SOMMARIO

………1

PARTE I – PROGETTAZIONE ENERGETICA DELL’ARCHITETTURA ED

ASPETTI STRUTTURALI.

1. L’(IN)SOSTENIBILE LEGGEREZZA DEL PROGETTO………3

1.1. Sviluppo e crescita, invenzione ed innovazione………6

1.2. Progettazione integrata………8

1.2.1. Il sistema impiantistico………11

2. CLASSI DI ESIGENZA: BENESSERE E SICUREZZA………...14

2.1. Il concetto di comfort negli edifici ……….……… …14

2.2. La sicurezza strutturale ……… ………16

PARTE II – STRUMENTI PER LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE E

SISTEMI COSTRUTTIVI.

3. LA NORMATIVA STRUTTURALE E LE NUOVE NORME TECNICHE

PER

LE COSTRUZIONI (NTC 2008) ………20

Premessa ……….………21

3.1. La normativa tecnica nazionale …….……….……… ……22

3.2. Valutazione della sicurezza e prestazioni attese ……….………… …24

3.3. Progettazione per azioni sismiche ……….……… 28

3.3.1. Lo spettro di risposta riferimento……….31

3.3.2. Definizione dell’azione sismica …..………33

3.3.3. Spettri di progetto……….39

3.3.4. Combinazione dell’azione sismica con le altre azioni……….40

3.3.5. Concetti di base della progettazione sismica……… ….41

3.3.6. Modellazione strutturale e metodi di analisi……….47

4. EDIFICI CON STRUTTURA IN ACCIAIO………52

4.1. Caratteristiche del materiale ………...52

4.1.1. La prova di trazione e caratteristiche del diagramma σ-ε …………..53

4.2. Le componenti strutturali ………55

4.3. Classificazione delle sezioni ………56

4.4. Criteri di verifica ………..59

4.5. Progettazione sismica ………60

(2)

II

4.5.2. Il fattore di struttura ………64

4.5.3. Regole di progetto generali per elementi strutturali dissipativi…65 4.6. Strutture con controventi eccentrici (EBF)……….67

4.6.1. Caratteristiche generali ………69

4.6.2. Cinematica dei sistemi duttili con strutture EBF ……….74

4.6.3. Progettazione duttile delle zone dissipative ………..75

4.6.4. Scelta della tipologia di controvento eccentrico ………..77

4.6.5. La sperimentazione tecnica ………78

5. EDIFICI CON STRUTTURA IN CEMENTO ARMATO ……….80

5.1. Caratteristiche generali del materiale ……….80

5.2. Strutture in cemento armato ……….83

5.2.1. Tipologie strutturali ………85

5.2.2. Fattori di struttura ………85

5.2.3. Regole di gerarchia delle resistenze ………86

5.2.3.1. Regole di gerarchia delle resistenze per le travi …….87

5.2.3.2. Regole di gerarchia delle resistenze per i pilastri ……87

5.3. Comportamento dei materiali ………..89

5.3.1. Il calcestruzzo ………89

5.3.2. L’acciaio di armatura ………90

5.3.3. Requisiti dei materiali ……….91

5.4. Comportamento sismico di travi e pilastri ………92

5.4.1. Le travi ……….92

5.4.1.1. Progettazione delle travi ………93

5.4.2. I pilastri ………..95

5.4.2.1. Progettazione dei pilastri ………..96

PARTE III – STRUMENTI PER IL PROGETTO ENERGETICO: SOLUZIONI

COSTRUTTIVE ED IMPIANTISTICHE.

Premessa ………..99

6. IL QUADRO NORMATIVO EUROPEO E NAZIONALE ………..101

6.1. L’evoluzione della normativa ………101

6.2. La Direttiva Europea 2002/91/CE sul rendimento energetico nell’edilizia e gli strumenti attuativi ………...103

6.2.1. Il D.Lgs 19 Agosto 2005 n. 192 e 29 Dicembre 2006, n. 311….107 Gli Strumenti attuativi regionali: il Protocollo ITACA (cenni) 6.2.2. La Norma UNI /TS 11300:2008 sulle prestazioni energetiche degli edifici ……… 110

UNI/TS 11300 – Parte 1 UNI/TS 11300 – Parte 2 UNI/TS 11300 – Parte 3 UNI/TS 11300 – Parte 4 6.2.3. Il Decreto del Presidente della Repubblica 2/04/2009, n. 59...117

(3)

III

6.2.4. Il Decreto Ministeriale 26 Giugno 2009 –“Linee guida nazionali

per la certificazione energetica degli edifici” ………124

6.2.4.1. - Metodologie di calcolo ………...125

6.3. La Direttiva europea 2010/31/CE –“Miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici” ………129

7. CENNI DI BIOARCHITETTURA ………...131

7.1. Gli Edifici di nuova costruzione ………132

La temperatura media esterna, i gradi giorno e le precipitazioni della località La morfologia del terreno, l’altitudine, l’orografia e la clivometria. Il sole e il percorso solare (diagrammi) e l’orientamento dell’edificio La pressione atmosferica e la direzione del vento Le caratteristiche del suolo, la vegetazione e i corsi d’acqua La distribuzione di ambienti e locali in funzione delle attività e del clima Conclusioni

8. L’INVOLUCRO EDILIZIO: COMPORTAMENTI IN REGIME INVERNALE

ED ESTIVO ………...139

8.1. Il progetto delle prestazioni energetiche degli edifici ……….139

8.2. Elementi dell’ involucro edilizio: classificazione e terminologia ……..142

8.3. Prestazioni termiche statiche e dinamiche dell’involucro edilizio: i requisiti energetici ……….145

8.3.1. Isolamento termico dell’involucro: chiusure opache e trasparenti ………..145

8.3.2. La trasmittanza termica ……….150

8.3.2.1. Componenti opachi ………..152

8.3.2.2. Componenti vetrati ………..155

Finestra singola 8.3.2.3. L’involucro opaco di copertura e inferiore ………159

Solaio su terreno 8.3.3. I parametri termici dinamici ………164

8.3.3.1. La massa superficiale ………166

8.3.3.2. La matrice di trasferimento termico in condizioni termiche sinusoidali ……….167

8.3.3.3. La trasmittanza termica periodica, l’attenuazione e lo sfasamento ………...170

8.3.3.4 La capacità termica efficace ……….171

8.3.4. Il controllo della radiazione solare ………..172

Elementi schermanti 8.3.4.1. La trasmittanza di energia solare totale ………..176

Le schermature esterne 8.3.4.2. Il fattore di ombreggiatura ………..179

8.3.5. Il rischio di condensazione ……….180

8.3.5.1. La condensazione superficiale ……….183

(4)

IV

8.3.6. Il fabbisogno di energia primaria per la

climatizzazione invernale ………190

8.3.6.1. Il calcolo del fabbisogno netto di energia termica per la climatizzazione invernale ………192

8.3.6.2. Il calcolo del fabbisogno netto di energia primaria per la climatizzazione invernale ……….207

Sottosistema di emissione Sottosistema di distribuzione Sottosistema di accumulo Sottosistema di generazione 8.3.6.3. La determinazione di EPi ……….216

8.3.7. Il rendimento globale medio stagionale dell’impianto termico 8.4. I Ponti termici ……….226

Soluzioni tecnico-costruttive. Correzione dei ponti termici (cenni) 8.5. Soluzione tecnico-costruttive: gli elementi di copertura ………228

8.6. Materiali da costruzione (cenni) ………231

8.6.1. Malte, leganti e materiali per l’isolamento termico ed acustico ………233

Membrane flessibili per impermeabilizzazione e barriera al vapore

9. LA PROGETTAZIONE DEL SISTEMA IMPIANTISTICO ……….237

9.1. Caratteristiche generali del sistema impiantistico ……….238

9.1.1. UTA (Unità Trattamento Aria) ……….241

9.1.2. Sistemi a pannelli ed i tubi radianti ………242

9.2. Impianti da fonti energetiche rinnovabili ……….244

9.2.1. Sistemi solari termici ………..247

9.2.1.1. Solar cooling ………..249

9.3. Edifici ad uso commerciale e terziario (uffici) ………..251

9.3.1. Grandi magazzini ………..253

9.3.2. Condizioni di progetto ……….253

9.3.3. Carichi termici ………..254

9.3.4. Tipologie impiantistiche ……….255

PARTE IV – PROGETTO DI UN EDIFICIO COMMERCIALE A LATINA:

ANALISI ARCHITETTONICA E STUDIO DELLE SOLUZIONI

STRUTTURALI ED ENERGETICHE.

10. ANALISI ARCHITETTONICA DEL PROGETTO……….257

10.1. Inquadramento territoriale e planimetria generale ……….257

10.2. Piante e sezioni: aspetti funzionali e volumetrici ……….259

10.3. Fruibilità, accessibilità e sicurezza antincendio ………264

11. SOLUZIONI STRUTTURALI: DIMENSIONAMENTO E VERIFICA……267

(5)

V

11.1.1. Descrizione dell’intervento ………268

11.1.2. Le azioni applicate alla struttura ……….269

11.1.2.1. Carichi da neve ……….274

11.1.2.2. Carichi da vento ………277

11.1.2.3. Valutazione dell’azione sismica ………279

11.1.3. Valutazioni progettuali e predimensionamento ………..283

Telaio in acciaio Telaio in cemento armato 11.1.4. Il modello strutturale e le sue proprietà ………...302

Inserimento dei dati di Progetto Importazione del file cad, definizione dei nodi e delle sezioni resistenti Impostazione delle azioni e delle combinazioni di carico Inserimento dei vincoli, dei piani rigidi e verifica dell’orientamento Analisi statica agli elementi finiti e presentazione dei risultati

11.1.5. Verifiche Statiche e Sismiche ………..316

11.1.5.1. La struttura in Acciaio ………...317

Verifiche Statiche

Verifiche Sismiche 11.1.5.1.1. Regole di progetto specifiche per strutture intelaiate ……….332

Verifica della colonna calastrellata

11.1.5.1.2. Regole di progetto specifiche per strutture con controventi eccentrici ………...338

11.1.5.1.3. Verifiche delle membrature con Master Ver ………..344

11.1.5.1.4. I collegamenti ………....354

11.1.5.1.4.1. Caratteristiche e prescrizioni delle unioni bullonate ………...354

11.1.5.1.4.2. Verifiche dei collegamenti …..356

11.1.5.2. Analisi del telaio in Cemento Armato ………380

11.1.5.2.1. Le travi ………381

Verifica a flessione (SLU) Verifica a taglio (SLU) Verifica a fessurazione (SLE) Prescrizioni sismiche e dettagli costruttivi

11.1.5.2.2. I Pilastri ……….395

Verifica a flessione, taglio e delle prescrizioni sismiche Verifica a fessurazione (SLE) 11.1.5.2.3. Verifica della struttura in c.a. con Master Arm ………404

11.1.5.2.3.1. Analisi e verifica del blocco ascensore ………..407

(6)

VI

Classificazione e regole generali di progettazione

Fondazioni Superficiali a trave rovescia: caratteristiche e dimensionamento Scelte progettuali e verifiche Verifica a flessione (SLU) Verifica a taglio (SLU) Verifica a fessurazione (SLE) Verifica con Master Arm

12. SOLUZIONI ENERGETICHE: CARATTERIZZAZIONE DELL’ INVOLUCRO

EDILIZIO E DEL SISTEMA IMPIANTISTICO ………425

12.1. Configurazione planimetrica: aspetti climatici dell’area di progetto,

forma ed orientamento dell’edificio ……….425 12.1.1. Dati generali ……….428 12.2. Caratterizzazione dell’involucro esterno dell’edificio ……….429

Requisiti minimi estivi dell’involucro edilizio per il controllo dell’inerzia termica

12.2.1. Strutture verticali ………432 12.2.1.1. Pareti di tamponamento e divisorie interne:

soluzioni tecniche con sistemi a secco, Drywall

Innovation (DWI) o Struttura Rivestimento (S/R)… 432

La diffusione delle tecnologie costruttive a secco 12.2.1.1.1. Soluzioni adottate, valori

di progetto e verifiche………...435 12.2.2. Componenti vetrate ………444 12.2.2.1. Sistemi schermanti esterni ………..447 12.2.2.1.1. Descrizione della soluzione adottata, valori di progetto e verifiche ……….448 12.2.3. Strutture orizzontali ……….452 12.2.3.1. La copertura piana: tipologie e caratteristiche ……453 12.2.3.1.1. Copertura a verde: il perché del verde pensile, vantaggi e svantaggi …………...453 12.2.3.1.2. Valori di progetto e verifiche ………460 Analisi dei risultati ottenuti

12.3. Il sistema impiantistico: descrizione delle soluzioni adottate ………..464 12.4. La certificazione energetica dell’edificio ………..467