applicazioni primari - secondari costruzioni esistenti
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file 082.1- Al-Costruzioni Esistenti- elementi primari e secondari Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – Alicino 1 Sistemi strutturali ad elementi primari e secondari Possibili interventi di adeguamento sismico di una costruzione esistente lavorando quasi esclusivamente dall’esterno (Tesi di Laurea G. Alicino – 13/10/2010) Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 2 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione OBIETTIVI PRESTAZIONALI - Elementi sismici primari e - ESCLUSIONE DI ELEMENTI STRUTTURALI DAL SISTEMA SISMORESISTENTE secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Possibilità di esonerare gli elementi dichiarati secondari dall’obbligo del rispetto delle limitazioni geometriche e dei dettagli costruttivi previsti per gli elementi sismoresistenti, cap. 7 (NTC). Gli elementi secondari sono progettati per resistere solo ai carichi gravitazionali nella configurazione deformata sismica più gravosa, rispettando le regole di dettaglio del cap. 4 (NTC). - LIMITATA INVASIVITA’ Un intervento eseguito solo dall’esterno del fabbricato consente di non alterare la funzionalità dell’edificio e riduce l’impatto sulle strutture esistenti e sugli impianti. - ECONOMIA La ridotta invasività sulle strutture, sui completamenti edili, sugli impianti e la inalterata fruibilità dell’edificio consentono di abbattere l’incidenza di fattori di costo molto rilevanti. Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 3 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti CAMPO DI APPLICAZIONE - Edifici di nuova realizzazione ed esistenti - Edifici in zona ad alta, media o bassa sismicità - Edifici monopiano, pluripiano, grattacieli - Edifici in c.a., muratura, acciaio… - Caso di studio MASSIMI VANTAGGI - Adeguamento sismico - Realizzazione di pareti di taglio (primarie) ad irrigidimento di strutture esistenti a telaio (secondarie). - Risultati - Edifici in zone a medio – bassa sismicità (bassa domanda sismica = ridotte conseguenze nella concentrazione del danno) - Conclusioni - Edifici con altezza limitata a poche tese, 3 o 4 (ottimizzazione dell’effetto d’interazione pareti – telai), ma si deve valutare la possibilità di equilibrare le spinte derivanti dai percorsi dei carichi orizzontali. Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 4 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI EC8… - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico NTC 14.01.2008… - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 5 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI EC8… - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 6 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI … EC8… - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 7 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione GLI ELEMENTI SISMICI PRIMARI E SECONDARI Controllo del limite superiore del 15% sulla base di: - Elementi sismici - REALI RIGIDEZZE: metodo più preciso, ma applicabile solo a primari e secondari valle dell’analisi; - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - TAGLI DI PIANO: realizzazione modello completo e valutazione del rapporto tra la somma dei tagli competenti agli elementi secondari e i tagli competenti agli elementi primari; - SPOSTAMENTI DI PIANO: realizzazione di due modelli, uno con il contributo irrigidente dei soli elementi primari ed uno completo. Il rapporto tra gli spostamenti di piano dei due modelli dev’essere inferiore ad 1,15. - Conclusioni Linearità del legame forza – spostamento F = k · δ Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 8 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione EDIFICI ESISTENTI … EC8 – 3… - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni NO Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 9 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione CASO DI STUDIO - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 10 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione Analisi in campo gravitazionale FC = 1 - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti FC = 1,35 - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 11 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione Analisi in campo sismico (analisi modale e Pushover) - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni - Moltiplicatore minimo rottura a taglio: 1,14 - Moltiplicatore minimo rottura a pressoflessione: 0,31 Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 12 Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 13 Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 14 Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 15 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni ADEGUAMENTO SISMICO Per riuscire a perseguire i fini di un “adeguamento sismico” si è q = 3.0 il criterio degli elementi sismici primari e deciso di applicare secondari dichiarando l’intera struttura esistente come secondaria, e realizzando delle strutture primarie costituite da pareti di taglio. Le pareti sono state perimetralmente, nel rispetto dei reali q =disposte 3.6 vincoli architettonici, anche allo scopo di ridurre gli effetti torsionali. L’efficacia della pareti è stata misurata mediante il contributo irrigidente che le stesse hanno portato alla risposta sismica globale della struttura. In direzione longitudinale si è ottenuta una struttura a pareti non accoppiate. In direzione trasversale i vincoli architettonici non hanno consentito un’agevole disposizione delle pareti di taglio e ciò ha causato il forte decentramento del centro di rigidezza della struttura: la conseguenza è stata l’insorgenza di fenomeni torsionali. Per incrementare l’efficacia delle pareti in direzione trasversale si sono disposte delle travi di accoppiamento che, tra l’altro, hanno consentito di ridurre sensibilmente le azioni sismiche, avendo creato le condizioni per ritenere la struttura a pareti accoppiate. Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 16 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione ADEGUAMENTO SISMICO - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 17 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione ADEGUAMENTO SISMICO - Elementi sismici primari e secondari Per l’applicazione del criterio degli elementi sismici primari e secondari si sono eseguiti due modelli: - uno che trascura il contributo di rigidezza degli elementi secondari; - Edifici esistenti - uno che considera il contributo di rigidezza degli stessi. - Caso di studio Nel primo modello, per gli elementi primari, si sono considerate le rigidezze fessurate, in modo da massimizzare gli spostamenti. Si è eseguita un’analisi dinamica lineare (modale). Gli spostamenti sono stati amplificati per q e per il massimo rapporto tra i drift di piano. - Adeguamento sismico - Risultati Gli spostamenti amplificati sono il dato di partenza (congruenza) per la determinazione delle sollecitazioni sugli elementi secondari nel secondo modello. - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 18 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico ADEGUAMENTO SISMICO – Strategie operative L’impossibilità di assegnare, con gli attuali software di calcolo strutturale disponibili in commercio (Midas/Gen, SAP 2000, Modest, Sismicad CA), degli spostamenti al master joint di ciascun piano senza prevedere l’apposizione automatica di un vincolo che alteri la rigidezza, ha portato ad escogitare delle strategie operative: - Strategia 1: approssimazione delle sollecitazioni con schemi ridotti - Strategia 2 : modifica dello spettro di progetto - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 19 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari ADEGUAMENTO SISMICO – Strategie operative Strategia 1: approssimazione delle sollecitazioni con schemi ridotti δ δ - Edifici esistenti - Caso di studio M V M = 6EJ · δ h2 - Adeguamento sismico V = 12EJ · δ - Risultati h3 - Conclusioni M Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari V Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 20 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari ADEGUAMENTO SISMICO – Strategie operative Strategia 2 : modifica dello spettro di progetto Amplificazione per il fattore di struttura q - Edifici esistenti Amplificazione per il rapporto tra i drift di piano tra il modello senza il contributo irrigidente degli elementi secondari e quello completo. Tale - Caso di studio rapporto dev’essere inferiore o uguale cautelativamente, si assume il valore limite. ad 1,15, per cui, - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 21 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione RISULTATI - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Verifiche a taglio delle strutture esistenti Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 22 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione RISULTATI - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Verifiche a flessione delle strutture esistenti Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 23 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione RISULTATI - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Tabella travi non verificate Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 24 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione RISULTATI - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni Verifiche pilastri delle strutture esistenti Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 25 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione RISULTATI Tabella spostamenti rigorosi - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico Spostamenti della struttura esistente ridotti fino a 18 volte Tabella spostamenti da metodo approssimato - Risultati - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 26 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati ADEGUAMENTO SISMICO - Si è provveduto al progetto delle pareti di taglio. Si sono dettagliate le armature allo scopo di rispettare i dettagli costruttivi del cap. 7. - Sono state eseguite le verifiche di resistenza e di scorrimento per le pareti nelle zone di ripresa di getto. - Si è provveduto alla connessione delle pareti di taglio con la struttura esistente mediante l’inserimento di connettori a taglio. - Il calcolo dei connettori è stato eseguito con riferimento a EC4 (relativo alle strutture composte acciaio – calcestruzzo) in quanto non esistono prescrizioni specifiche per il caso in esame. Il dimensionamento e la verifica sono stati eseguiti sulla base della capacità di trasferimento degli sforzi orizzontali dai diaframmi di piano alle pareti di taglio. Si è tenuto conto degli eventuali problemi di rifollamento del calcestruzzo, plasticizzazione dei connettori, sfilamento dei connettori per trazione. - La soluzione adottata è caratterizzata da barrotti ∅20/25 di lunghezza 50 cm da annegare per metà nelle travi della struttura esistente e per metà nelle parete di taglio. - Conclusioni Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 27 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione RISULTATI - Vulnerabilità prima dell’intervento - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio - Adeguamento sismico Tipo di rottura Fattore di rischio sismico (Capacità / domanda) Taglio 1,14 0,31 Pressoflessione - Vulnerabilità dopo l’intervento - Risultati Tipo di rottura Fattore di rischio sismico (Capacità / domanda) - Conclusioni Taglio 3,6 1,5 Pressoflessione Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 28 CONCLUSIONI - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - In genere l’adeguamento sismico di edifici esistenti è molto difficile e - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti costoso. Per edifici aventi caratteristiche tipologiche simili a quelle dell’edificio oggetto del presente lavoro di tesi, quella presentata può essere una strategia d’intervento a basso costo che consenta di evitare interventi di rinforzo strutturale, danni alle opere di completamento e agli impianti, senza interruzione dell’utilizzo dell’edificio (bassa invasività). - Caso di studio - Adeguamento sismico - Risultati - Il criterio degli elementi sismici primari e secondari consente di esonerare la struttura esistente dalla resistenza sismica e, per essa, di evitare il rispetto dei dettagli costruttivi e le limitazioni geometriche e di armatura previste dal cap.7. - La struttura esistente, irrigidita dalle pareti di taglio, è soggetta ad uno stato sollecitativo notevolmente ridotto. - Conclusioni - Se la struttura esistente è considerata interamente secondaria, per essa non sono richieste elevate capacità duttili, essendo concepita per comportarsi elasticamente. Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 29 - Obiettivi prestazionali e campo di applicazione - Elementi sismici primari e secondari - Edifici esistenti - Caso di studio CONCLUSIONI - Alla luce dell’impossibilità di applicare correttamente il criterio degli elementi sismici primari e secondari, con gli attuali codici di calcolo, si è escogitata una strategia operativa, anche se approssimata, che porta al rispetto perfetto di quanto richiesto dalle norme, con limitata e controllata ridondanza. - La procedura è cautelativa e colma la carenza di affidabilità dovuta all’impossibilità di avere la perfetta congruenza tra la modellazione e il comportamento reale delle strutture. - Adeguamento sismico - Risultati - Conclusioni - Quanto più gli elementi secondari si comportano come tali nella realtà, tanto più la modellazione diventa affidabile. La garanzia di ciò è data dal rispetto del limite superiore della rigidezza degli elementi secondari su quella dei primari (15%). Il rispetto di tale limitazione, obbligatorio per i nuovi edifici, è facoltativo per gli edifici esistenti. Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 30 Un caso di applicazione del progetto di un elementi sismici primari e secondari per l’adeguamento sismico di un edificio esistente: sistema ad la Sede Comunale di San Ferdinando di Puglia Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – Alicino 31 Un caso di applicazione del progetto di un elementi sismici primari e secondari per l’adeguamento sismico di un edificio esistente: sistema ad la Sede Comunale di San Ferdinando di Puglia Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – Alicino 32 Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 33 Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 34 Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – 3b- v_111230 35 fine Modulo 3: C.E. elementi primari e secondari Amedeo Vitone C ONSULTING file 082.1 – Alicino 36
