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Chatillard, Cristophe

Risposta sismica di edifici irregolari.

Rel. Donato Sabia. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta', 2015

Abstract:

Oggetto della tesi:

Con questa tesi si intende verificare la risposta sismica degli edifici irregolari in pianta e in altezza e, studiando alcune varianti dell’edificio oggetto di studio, capire in che modo e di quanto si può migliorare il suo comportamento sotto l’azione sismica.

Comportamento sismico degli edifìci:

L’azione sismica agisce sugli edifici mediante forze di piano applicate nel centro delle masse degli stessi, causando lo spostamento della struttura nella direzione della forza agente. Queste forze però possono dare effetto a torsioni nella struttura, se questa è irregolare. Queste torsioni sono molto pericolose ai fini della stabilità, in una costruzione simmetrica, sia in rigidezza che in massa, lungo tutti gli assi questo fenomeno non avviene, dato che il centro delle masse coincide con il centro delle rigidezze, che è il punto intorno al quale la struttura ruota. Quindi più il centro delle masse è lontano dal centro delle rigidezze più il momento torcente generato dalla forza di piano per la distanza tra i due centri è alto, e cosi più gravoso sulla struttura. Le irregolarità possono anche creare bruschi cambiamenti di rigidità che possono concentrare le forze in modo indesiderato. Le forze possono concentrarsi in uno o pochi elementi dell’edificio, che possono non resistere e causare danni, o nei casi estremi il crollo dell’edificio. Se l’edificio avrà zone più rigide le forze saranno attratte da queste, per questo motivo è importante disporre gli elementi rigidi in modo più possibile simmetrico nell’edificio.

Ci sono diverse configurazioni architettoniche in grado di compromettere la resistenza sismica di un edificio, le più pericolose sono: piani deboli, pareti di taglio discontinue, variazioni di rigidità perimetrale e angoli rientranti.

La condizione di piano debole si verifica ad esempio quando il piano terra viene svuotato per avere più spazio, quindi se si hanno pareti di taglio ai piani superiori, queste non arrivano in fondazione e creano bruschi cambiamenti di rigidezza che fanno crollare il piano debole. Le pareti di taglio discontinue si hanno quando queste non arrivano dal tetto alla fondazione e non vi è un percorso di carico continuo che può provocare forti sollecitazioni nei punti di discontinuità. Il problema della variazione di rigidità perimetrale si ha con edifici regolari in pianta e in altezza ma che hanno una variazione di rigidità lungo il perimetro che fa si che il centro delle masse e quello delle rigidezze non coincidano così da provocare rotazioni della struttura intorno al centro delle rigidezze. Gli angoli rientranti sono un problema degli edifici con più ali. Questa forma causa differenze di movimento tra le ali dell’edificio a causa degli elementi rigidi che vengono messi nell’angolo a causa di sforzi locali che si verificano in quel punto. Un altro problema è che queste forme creano delle torsioni nel Pedificio in quanto è difficile che centro di massa e centro delle rigidezze coincidano.

Un altro problema dovuto al sisma si verifica quando gli elementi verticali collassano sotto il peso della struttura, questo si verifica quanto tali elementi si spostano fuori piombo grazie all’azione del sisma.

Normativa:

L’argomento della regolarità è affrontato nell’NTC 2008 al cap. 7.2.2. Definisce una struttura regolare in pianta se sono rispettate le seguenti condizioni:

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.

Una costruzione è regolare in altezza se sono rispettate le seguenti condizioni:

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 di base:

g) Nelle strutture intelaiate progettate in CD”B” il rapporto tra resistenza effettiva 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) 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.

Relatori: Donato Sabia
Soggetti: A Architettura > AO Progettazione
S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta'
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4105
Capitoli:

1. Introduzione

1.1. Oggetto della tesi

1.2. Comportamento sismico degli edifici

1.3. Normativa

2. Descrizione dell’edificio

3. Schema strutturale

4. Analisi dei carichi

4.1. Carichi permanenti

4.2. Carichi variabili

4.2.1. Normativa

4.2.2. Azione del vento

4.2.3. Azione della neve

5. Azione sismica

5.1. Spettri di risposta

5.2. Classe di duttilità

5.3. Fattore di struttura

6. Modellazione della struttura

6.1. SAP 2000

6.2. Materiali

7. Combinazione delle azioni

8. Analisi modale

8.1. Introduzione

8.2. Eccentricità accidentale

8.3. Centro delle masse

9. Verifiche

9.1. Acciaio

9.1.1. Classificazione sezioni

9.1.2. Resistenza di calcolo

9.1.3. Verifica a trazione

9.1.4. Verifica a compressione

9.1.5. Verifica a flessione retta

9.1.6. Verifica a taglio

9.1.7. Verifica a torsione

9.1.8. Verifica a flessione e taglio

9.1.9. Verifica a presso o tenso flessione retta

9.1.10. Verifica a presso o tenso flessione biassiale

9.1.11. Verifica a flessione, taglio e sforzo assiale

9.1.12. Stabilità delle membrature

9.1.13. Limitazioni della snellezza

9.1.14. Travi inflesse

9.1.15. Aste pressoinflesse

9.2. Legno

9.2.1. Classi di durata del carico

9.2.2. Classe di servizio

9.2.3. Resistenza di calcolo

9.2.4. Trazione parallela alla flbratura

9.2.5. Compressione perpendicolare alla flbratura

9.2.7. Flessione

9.2.8. Tensoflessione

9.2.9. Pressoflessione

9.2.10. Taglio

9.2.11. Elementi inflessi (instabilità trave)

9.2.12. Elementi compressi (instabilità colonna)

10. Risultati

10.1. Introduzione

10.2. Modi dì vibrare

10.3. Deformate modali

10.4. Taglio alla base

10.5. Spostamento nodi

10.6. Sollecitazione pannelli di controvento

10.7. Sforzi nelle travi e nei pilastri

11. Comparazione

11.1. Introduzione

11.2. Varianti

12. Comparazione dei risultati

12.1. Confronto modi di vibrare

12.2. Confronto delle deformate modali

12.3. Comparazione taglio alla base

12.4. Comparazione spostamento nodi

12.5. Comparazione sollecitazioni pannelli di controvento

12.6. Comparazione sforzi sui pilastri e sulle travi

13. Conclusioni

14. Bibliografìa

Bibliografia:

- FEMA, December 2006, Designing for Earthquakes: A Manual for Architects

- NTC2008 - Norme tecniche per le costruzioni - D.M. 14 Gennaio 2008

- CNR-UNI10011 Giugno 1988

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