Progettazione strutturale antisismica

Progetto, direzione lavori e collaudo statico - Azioni sulle costruzioni - Azioni sismiche - Spettri di risposta - Analisi sismiche - Metodo probabilistico agli stati limite - Tipologie strutturali - Edifici esistenti - Terreni e fondazioni - Elementi non strutturali - Impianti

Manuale per gli operatori del settore delle costruzioni (Architetti, Ingegneri, Geometri, Periti Edili, ecc.), che si propone l’obiettivo di illustrare, commentare, chiarire ed esemplificare i principi fondamentali contenuti nelle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M. 17 gennaio 2018 e della relativa Circolare applicativa n. 7 del 21 gennaio 2019. Il testo è rivolto anche a coloro i quali affrontano per la prima volta la materia progettuale poiché guida, attraverso esempi semplici e comparativi, alla comprensione dei concetti base della moderna progettazione strutturale antisismica, quali: metodologia di calcolo agli stati limite; spettri di risposta; fattori di struttura; gerarchia delle resistenze; tipi di analisi ammessi dalla norma (Lineare Statica, Modale, Pushover, Cinematismi di Collasso).

La presenza di numerosi esempi svolti fornisce ai lettori utili riferimenti per toccare con mano quali siano le correlazioni tra gli algoritmi di calcolo teorico e il senso comune dei concetti fisici da essi sottesi.

La prima parte del testo introduce all’attività gestionale della fase progettuale (redazione delle relazioni di calcolo e degli elaborati grafici) ed esecutiva (direzione lavori, accettazione materiali, collaudo statico) nonché della correlazione con il Testo Unico per l’Edilizia di cui al D.P.R. n. 380 del 6 giugno 2001 (deposito di progetto strutture).

Le azioni sulle costruzioni sono svolte ed illustrate con un’ampia casistica (carichi permanenti, carichi variabili, neve, vento, variazioni termiche) per complessivi 25 esempi corredati da tabelle ed illustrazioni.

Per quanto riguarda la spiegazione dei concetti di progettazione antisismica sono riportati esempi completamente svolti per ciascun tipo di analisi, oltre che per elementi non strutturali e muri di sostegno, anch’essi corredati da immagini, illustrazioni e tabelle.

Infine per l’approccio alla progettazione strutturale degli edifici esistenti sono riportati esempi di indagine strutturale per la caratterizzazione meccanica dei materiali, corredati da foto e tabelle, oltre che ad indicazioni pratiche ed illustrative per la redazione del piano delle indagini.

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• Quiz (verifica dei concetti analizzati nella pubblicazione).

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Autore

Marco Boscolo Bielo, architetto, libero professionista. È autore di numerose pubblicazioni in ambito tecnico e tecnico-storico, e docente presso Ordini Professionali ed Enti di Formazione. Con la casa editrice Grafill ha già pubblicato: Verifiche sui solai: solai in laterocemento, legno-legno e legno-cls (2017); Classificazione sismica degli edifici (2018); Miglioramento sismico degli edifici esistenti (2018).

Indice

1. PROGETTO, DIREZIONE LAVORI E COLLAUDO STATICO
1.1. Introduzione
1.1.1. Principi fondamentali del D.M. 17 gennaio 2018
1.2. Gli Stati Limite e la durabilità
1.3. Materiali e prodotti strutturali
1.3.1. Generalità
1.3.2. Identificazione, qualificazione e accettazione dei materiali da costruzione
1.4. Redazione del progetto strutturale
1.4.1. Contenuti generali
1.5. La relazione di calcolo
1.5.1. La relazione sui materiali
1.5.2. Gli Elaborati Grafici
1.5.3. I particolari costruttivi
1.5.4. Il piano di manutenzione delle strutture
1.5.5. Relazioni specialistiche
1.6. Deposito del progetto strutturale
1.7. La Direzione dei Lavori
1.8. Il collaudo statico

2. AZIONI SULLE COSTRUZIONI
2.1. Definizione e classificazione
2.2. Il concetto di valore caratteristico delle azioni
2.3. Carichi permanenti
2.3.1. Pesi propri dei materiali strutturali
2.3.2. Carichi permanenti non strutturali (Carichi permanenti portati)
2.3.3. Elementi divisori interni (Carichi permanenti portati)
2.4. Carichi di esercizio
2.5. Azioni del vento
2.5.1. Generalità
2.5.2. Velocità base di riferimento
2.5.3. Velocità di riferimento
2.5.4. Pressione del vento
2.5.5. Azione tangenziale del vento
2.5.6. Pressione cinetica di riferimento
2.5.7. Coefficiente di esposizione
2.5.8. Coefficiente dinamico
2.5.9. Coefficienti aerodinamici
2.5.10. Esempi applicativi del coefficiente di pressione e di esposizione
2.5.10.1. Edifici a pianta rettangolare con coperture piane, a falde, inclinate, curve
2.5.11. Coperture multiple
2.5.11.1. Azioni esterne sui singoli elementi
2.5.11.2. Azioni d’insieme
2.5.11.3. Vento diretto parallelamente
2.5.12. Tettoie o pensiline isolate
2.5.13. Travi ad anima piena e reticolari
2.5.13.1. Travi isolate
2.5.13.2. Travi multiple
2.5.14. Torri e pali a traliccio
2.5.14.1. Sezione rettangolare o quadrata
2.5.14.2. Sezione circolare
2.5.14.3. Corpi sferici
2.5.15. Pressioni massime locali
2.5.15.1. Edifici a pianta rettangolare con coperture piane, a falde inclinate, curve. Coperture multiple, tettoie e pensiline isolate
2.5.15.2. Corpi cilindrici e sferici
2.6. Azioni della neve
2.6.1. Carico neve
2.6.2. Valore caratteristico del carico neve al suolo
2.6.3. Coefficiente di esposizione
2.6.4. Coefficiente termico
2.6.5. Carico neve sulle coperture
2.6.5.1. Coefficiente di forma μ per le coperture
2.6.5.2. Coperture cilindriche μ₃
2.6.5.3. Coperture adiacenti o vicine a costruzioni più alte μ_s e μ_w
2.6.5.4. Effetti locali
2.6.5.5. Neve aggettante dal bordo di una copertura
2.7. Azioni della temperatura
2.7.1. Generalità
2.7.2. Temperatura dell’aria esterna
2.7.3. Temperatura dell’aria interna
2.7.4. Distribuzione della temperatura negli elementi strutturali
2.7.5. Azioni termiche sugli edifici

3. AZIONI SISMICHE
3.1. Concetti elementari
3.2. Cenni di Analisi Lineare Dinamica: sistemi ad un grado di libertà – Spettri di risposta elastici
3.3. Smorzamento relativo ν, periodo proprio di oscillazione T
3.4. Considerazioni elementari sulla funzione del traverso infinitamente rigido
3.5. Ripartizione dell’azione sismica sui piedritti
3.6. Lo spettro di risposta elastico in accelerazione
3.7. Determinazione probabilistica degli stati limite per le azioni sismiche
3.7.1. Definizioni degli stati limite per azioni sismiche
3.7.2. Probabilità di superamento degli Stati Limite
3.7.3. Vita nominale
3.7.4. Classi d’uso
3.7.5. Periodo di riferimento per l’azione sismica
3.8. Lo spettro di risposta elastico in accelerazione S_e
3.8.1. Parametri fondamentali di progetto: a_g, F₀ e T^*_C
3.8.2. Valutazione del periodo di ritorno T_R
3.8.3. La funzione S_e dello spettro elastico in accelerazione orizzontale
3.8.3.1. Definizione del diagramma spettrale
3.8.3.2. Parametri Geotecnici e Topografici per la costruzione del diagramma
3.8.4. Componenti del moto sismico e livelli di azione
3.8.5. La funzione S_e dello spettro elastico in accelerazione verticale
3.8.6. Spettro in termini di spostamento delle componenti orizzontali
3.9. Rigidezza flessionale e torsionale
3.9.1. Rigidezza flessionale
3.9.2. Rigidezza torsionale
3.9.3. Eccentricità fra baricentro delle masse e delle rigidezze flessionali
3.9.4. Alcuni esempi di eccentricità fra baricentro delle masse e delle rigidezze flessionali
3.9.4.1. Eccentricità accidentale
3.9.4.2. Altri tipi di eccentricità

4. SPETTRI DI RISPOSTA
4.1. Dallo spettro elastico di risposta allo spettro di progetto
4.2. Il concetto di fattore di struttura
4.2.1. Generalità operative
4.2.1.1. La duttilità
4.3. Spettri di risposta di progetto per gli stati limite
4.3.1. Spettri di progetto per gli stati limite SLD, SLV e SLC
4.3.2. Spettri di progetto per SLO
4.3.3. Confronto fra spettri di progetto per SLE, SLU e in funzione delle classi di duttilità
4.4. La progettazione sismica
4.4.1. Requisiti nei confronti degli stati limite
4.4.2. Criteri generali di progettazione
4.4.2.1. Orizzontamenti
4.4.2.2. Fondazioni
4.4.2.3. Comportamento strutturale dissipativo e non dissipativo
4.4.2.4. Classi di duttilità
4.4.2.5. Zone critiche e fattori di sovraresistenza
4.4.3. Gerarchia delle resistenze (capacity design)
4.4.3.1. Concetti elementari relativi all’energia dissipata da strutture iperstatiche
4.4.3.2. La «filosofia delle Norme Tecniche per le Costruzioni»
4.4.4. La regolarità negli edifici
4.4.4.1. Generalità
4.4.4.2. Regolarità in pianta
4.4.4.3. Regolarità in altezza
4.5. Il fattore di struttura nel D.M. 17 gennaio 2018
4.5.1. Definizione
4.5.2. Fattore di struttura per costruzioni regolari in pianta
4.5.3. Fattore di struttura per componente verticale sismica
4.5.4. Fattore di struttura per strutture a comportamento non dissipativo
4.6. Modellazione della struttura
4.6.1. Modellazione tridimensionale
4.6.2. Comportamento lineare del modello di calcolo
4.6.3. Elementi non strutturali (tamponature e tramezzi)
4.6.4. Orizzontamenti infinitamente rigidi
4.6.5. Eccentricità accidentali
4.6.6. Combinazioni di carico sismiche
4.6.7. Limitazioni minime dello spettro di progetto

5. ANALISI SISMICHE
5.1. Generalità
5.2. Effetti delle non linearità geometriche
5.3. Analisi lineare dinamica (analisi modale)
5.3.1. Considerazioni generali
5.3.2. Modi di vibrare e combinazione degli effetti
5.3.3. La partecipazione dei modi di vibrare
5.3.4. I modi di vibrare in strutture «regolari»
5.3.5. Esempio di analisi dinamica
5.4. Analisi lineare statica
5.4.1. Considerazioni generali
5.4.2. Esempio di Analisi Lineare Statica
5.5. Analisi non lineare statica
5.5.1. Generalità
5.5.2. Modello ideale equivalente ad un grado di libertà
5.5.3. Determinazione dei gruppi di forze
5.5.4. Domanda di spostamento
5.5.5. Capacità di spostamento
5.5.6. Esempio di Analisi non lineare statica (Pushover)
5.6. Analisi cinematiche
5.6.1. Generalità
5.6.2. Analisi limite dell’equilibrio
5.6.3. Accelerazione di attivazione del meccanismo di collasso
5.6.4. Esempio applicativo di analisi cinematica lineare
5.7. Valutazione degli spostamenti in analisi lineare statica e dinamica

6. METODO PROBABILISTICO AGLI STATI LIMITE
6.1. Considerazioni preliminari
6.2. Modelli di valutazione della sicurezza
6.3. La valutazione della sicurezza
6.4. Combinazioni di carico
6.5. Definizione degli stati limite
6.5.1. Stati Limite Ultimi
6.5.2. Stati Limite di Esercizio
6.5.3. Sicurezza antincendio
6.5.4. Durabilità
6.5.5. Robustezza
6.6. Requisiti nei confronti degli stati limite
6.6.1. Generalità
6.6.2. Elementi strutturali (ST)
6.6.2.1. Verifiche di rigidezza (RIG)
6.6.2.2. Verifiche di resistenza (RES)
6.6.2.3. Verifiche di duttilità (DUT)
6.6.3. Elementi non strutturali (NS)
6.6.3.1. Verifiche di stabilità
6.6.4. Impianti (IM)
6.6.4.1. Verifiche di funzionamento (FUN)
6.6.4.2. Verifiche di stabilità (STA)

7. TIPOLOGIE STRUTTURALI
7.1. Generalità
7.2. Costruzioni in calcestruzzo armato
7.2.1. Strutture a comportamento non dissipativo
7.2.2. Strutture a comportamento dissipativo
7.2.3. Caratteristiche dei materiali
7.2.3.1. Conglomerato cementizio
7.2.3.2. Armature
7.2.4. Tipologie strutturali
7.2.5. Fattori di struttura
7.2.5.1. Fattore di struttura per costruzioni regolari in pianta
7.2.5.2. Fattore di struttura per costruzioni non regolari in pianta
7.2.5.3. Sintesi tabellare dei fattori di struttura
7.3. Costruzioni prefabbricate in c.a.
7.3.1. Generalità
7.3.2. Tipologie strutturali
7.3.3. Fattori di struttura
7.3.4. Collegamenti
7.4. Costruzioni in acciaio
7.4.1. Strutture non dissipative
7.4.2. Strutture dissipative
7.4.3. Caratteristiche dei materiali
7.4.4. Tipologie strutturali
7.4.5. Fattori di struttura
7.5. Costruzioni composte acciaio-calcestruzzo
7.5.1. Generalità
7.5.2. Materiali
7.5.2.1. Calcestruzzo
7.5.2.2. Armature
7.5.2.3. Acciaio
7.5.3. Tipologie strutturali
7.5.4. Fattori di struttura
7.6. Costruzioni in legno
7.6.1. Generalità
7.6.2. Comportamento dissipativo
7.6.3. Tipologie strutturali e fattori di struttura
7.7. Costruzioni in muratura
7.7.1. Generalità
7.7.2. Fattori di struttura

8. EDIFICI ESISTENTI
8.1. Generalità
8.2. Classificazione degli interventi
8.3. Interventi di adeguamento
8.4. Interventi di miglioramento
8.5. Riparazioni o interventi locali
8.6. Interventi nelle fondazioni
8.7. Interventi non strutturali
8.8. Ampliamenti e sopraelevazioni
8.8.1. Generalità
8.8.2. Giunti sismici
8.9. Caratterizzazione meccanica dei materiali
8.10. Indagini strutturali
8.10.1. Piano di indagini
8.10.2. Indagini su costruzioni in c.a.
8.10.3. Indagini su strutture metalliche
8.10.4. Indagini su murature
8.11. Livelli di conoscenza (LC) e fattori di confidenza (FC)
8.12. Costruzioni in legno
8.13. Regole di progettazione in condizioni sismiche
8.13.1. Costruzioni in muratura
8.13.2. Costruzioni in calcestruzzo armato o acciaio
8.13.3. Costruzioni miste
8.14. Gli indicatori di vulnerabilità sismica

9. TERRENI E FONDAZIONI
9.1. Concetti base relativi alla risposta dei terreni
9.2. Risposta sismica locale
9.3. Azioni trasmesse alle fondazioni
9.4. Variabilità spaziale del moto
9.5. Spostamenti nel terreno
9.5.1. Spostamento assoluto e relativo del terreno
9.5.2. Spostamento orizzontale e velocità orizzontale del terreno
9.6. Collegamenti in fondazione
9.7. Il modello Winkler
9.8. Criteri di verifica dei sistemi geotecnici
9.8.1. Verifiche per SLU
9.8.2. Verifiche per SLE
9.8.3. Verifiche per gli stati limite idraulici
9.9. Generalità sulle fondazioni
9.10. Fondazioni superficiali
9.10.1. Generalità in condizioni sismiche
9.10.2. Verifiche per SLU
9.10.3. Verifiche per SLE
9.11. Muri di sostegno
9.11.1. Verifiche per SLU
9.11.2. Verifiche per SLE
9.11.3. Azioni sismiche
9.11.4. Verifiche di sicurezza
9.12. Liquefazione

10. ELEMENTI NON STRUTTURALI
10.1. Elementi non strutturali ed elementi secondari
10.2. Requisiti nei confronti degli stati limite
10.3. Garanzie sulle verifiche di elementi non strutturali
10.4. Distribuzioni non regolari
10.5. Determinazione dell’azione sismica
10.6. Pareti, parapetti, mancorrenti

11. IMPIANTI
11.1. Generalità
11.2. Responsabilità di installazione e progettazione
11.3. Determinazione della domanda
11.4. Ancoraggi

12. CONTENUTI E ATTIVAZIONE DELLA WEBAPP
12.1. Contenuti della WebApp
12.2. Requisiti hardware e software
12.3. Richiesta della password di attivazione del software
12.4. Assistenza tecnica (TicketSystem)