La Normativa Tecnica NTC2018 individua 6 differenti tipologie strutturali per le costruzioni in calcestruzzo armato. L’individuazione della tipologia strutturale per l’edificio oggetto di analisi è determinante per la corretta scelta del fattore di comportamento da utilizzare nel calcolo in combinazione sismica.
Per ciascuna tipologia strutturale, la Normativa Tecnica propone diversi valori del fattore di comportamento della struttura. In quest’articolo vedremo nel dettaglio quali sono le tipologie strutturali proposte dalla Normativa Tecnica, le caratteristiche di ciascuna tipologia strutturale e come individuarla nel modo giusto.
Alla fine del post potrai scaricare gratuitamente il Focus Normativo PDF contenente tutte le prescrizioni normative sulle tipologie strutturali per le strutture in cemento armato. Buona lettura.
Tipologie strutturali: come influiscono sul fattore di comportamento
La tipologia strutturale è determinante per la scelta del valore di q0, ovvero il valore base del fattore di comportamento. Il limite superiore del fattore di comportamento da utilizzare per le analisi sismiche è definito dalla Normativa Tecnica nel modo seguente:
qlim = q0 * KR
- q0 = valore base del fattore di comportamento, dipende dalla tipologia strutturale;
- KR = fattore che dipende dalla regolarità in altezza della costruzione, pari a 1 per costruzioni regolari in altezza, pari a 0.8 per costruzioni non regolari in altezza;
- qlim = limite superiore del fattore di comportamento allo SLV.
La scelta del valore base del fattore di comportamento q0 dipende dai seguenti fattori:
- classe di duttilità che può essere Alta (CD”A”) o media (CD”B”);
- tipologia strutturale;
- rapporto αu/α1, ovvero il rapporto fra il valore dell’azione sismica che determina la plasticizzazione in un numero di zone dissipative tali da rendere labile la struttura e l’azione sismica per il quale il primo elemento strutturale raggiunge la plasticizzazione a flessione.
La tipologia strutturale determina la scelta del fattore di comportamento mediante la tabella 7.3.II che riporta i valori di q0. Trovi tale tabella nell’immagine sottostante.
Il rapporto αu/α1 che compare nella tabella 7.3.II viene definito anch’esso in funzione della tipologia strutturale, secondo quanto specificato nel par. 7.4.3.2 delle NTC2018. Ti riporto l’estratto della Normativa Tecnica nell’immagine sottostante.
I valori proposti dalla Normativa Tecnica per i rapporti αu/α1 per le tipologie strutturali appena elencate possono essere adottati solo in caso di strutture dotate di regolarità in pianta. Per strutture non regolari in pianta bisognerà adottare un valore del rapporto αu/α1 pari alla media fra 1 e il valore proposto dalla Normativa Tecnica.
Nel seguito del post passeremo in rassegna tutte le tipologie strutturali proposte dalla Normativa Tecnica per le strutture in cemento armato.
Tipologie strutturali per edifici in cemento armato
Le strutture sismo-resistenti in calcestruzzo armato possono essere classificate nelle seguenti tipologie.
Strutture a telaio
Per le strutture a telaio la resistenza alle azioni sia verticali che orizzontali è affidata principalmente a telai spaziali, aventi resistenza a taglio alla base ≥ 65% della resistenza a taglio totale.
Strutture a pareti
Per le strutture a pareti la resistenza alle azioni sia verticali che orizzontali è affidata principalmente a pareti, aventi resistenza a taglio alla base ≥ 65% della resistenza a taglio totale.
Le pareti, a seconda della forma in pianta, si definiscono semplici o composte. A seconda dell’assenza o presenza di opportune “travi di accoppiamento” duttili distribuite in modo regolare lungo l’altezza, le pareti si definiscono singole o accoppiate. Una struttura si considera a pareti accoppiate se il momento totale alla base, prodotto dalle azioni orizzontali, è equilibrato, per almeno il 20%, dalla coppia prodotta dagli sforzi verticali indotti nelle pareti dall’azione sismica.
Strutture miste telaio-pareti
Per le strutture miste telaio-pareti la resistenza alle azioni verticali è affidata prevalentemente ai telai, la resistenza alle azioni orizzontali è affidata in parte ai telai ed in parte alle pareti, singole o accoppiate. Se più del 50% dell’azione orizzontale è assorbita dai telai si parla di strutture miste equivalenti a telai, altrimenti si parla di strutture miste equivalenti a pareti.
Strutture a pendolo inverso
Per le strutture a pendolo inverso almeno il 50% della massa è concentrato nel terzo superiore dell’altezza della costruzione e la dissipazione d’energia avviene alla base di un singolo elemento strutturale.
Strutture a pendolo inverso intelaiate monopiano
Per questa tipologia strutturale almeno il 50% della massa è concentrato nel terzo superiore dell’altezza della costruzione. I pilastri dovranno essere incastrati in sommità alle travi lungo entrambe le direzioni principali dell’edificio. Per questo tipo di strutture, la forza assiale non può eccedere il 30% della resistenza a compressione della sola sezione di calcestruzzo.
Strutture deformabili torsionalmente
Questa tipologia strutturale è composta da telai e/o pareti, la cui rigidezza torsionale non soddisfa ad ogni piano la condizione
r2 / ls2 ≥ 1
nella quale:
- r2 = raggio torsionale al quadrato è, per ciascun piano, il rapporto tra la rigidezza torsionale rispetto al centro di rigidezza laterale e la maggiore tra le rigidezze laterali, tenendo conto dei soli elementi strutturali primari. Per strutture a telaio o a pareti (purché snelle e a deformazione prevalentemente flessionale), r2 può essere valutato, per ogni piano, riferendosi ai momenti d’inerzia flessionali delle sezioni degli elementi verticali primari.
- ls2 = per ogni piano, è il rapporto fra il momento d’inerzia polare della massa del piano rispetto ad un asse verticale passante per il centro di massa del piano e la massa stessa del piano; nel caso di piano a pianta rettangolare ls2 = (L2 + B2)/12, essendo L e B le dimensioni in pianta del piano.
Tipologie strutturali: individuazione del rapporto αu/α1
La determinazione del fattore di comportamento per le prime tre tipologie strutturali (a telaio, a pareti e miste telaio-pareti) richiede l’individuazione di un’ulteriore sotto-categoria strutturale cui corrisponde un differente rapporto αu/α1. Ti elenco di seguito le sotto-categorie definite dalla Normativa Tecnica e i corrispondenti rapporti αu/α1.
- Strutture a telaio o miste equivalenti a telai
- strutture a telaio di un piano – αu/α1 = 1.1
- strutture a telaio con più piani ed una sola campata – αu/α1 = 1.2
- strutture a telaio con più piani e più campate – αu/α1 = 1.3
- Strutture a pareti o miste equivalenti a pareti
- strutture con solo due pareti non accoppiate per direzione orizzontale – αu/α1 = 1.0
- altre strutture a pareti non accoppiate – αu/α1 = 1.1
- strutture a pareti accoppiate o miste equivalenti a pareti – αu/α1 = 1.2
La Normativa Tecnica inoltre specifica che per tipologie strutturali diverse da quelle elencate, l’utilizzo di un fattore di comportamento maggiore di 1.5 dovrà essere giustificato dal progettista mediante l’esecuzione di un’analisi non lineare (analisi pushover).
Come scegliere correttamente la tipologia strutturale: procedimento iterativo o valutazione di massima
L’individuazione della tipologia strutturale, a rigore, può avvenire solo a progettazione avvenuta, ovvero quando la configurazione strutturale e le dimensioni e sezioni degli elementi strutturali sono stati definiti. Dal momento che il valore del fattore di comportamento, e di conseguenza dell’azione sismica agente, dipende proprio dalla tipologia strutturale, il processo di progettazione e analisi dovrebbe essere iterativo.
Pertanto, una volta definito l’organismo strutturale, si ipotizza la tipologia strutturale, si esegue l’analisi sismica adottando il corrispondente fattore di comportamento e si valutano le percentuali di taglio alla base assorbite dai telai e dalle pareti.
Se sulla base della ripartizione delle sollecitazioni taglianti, la tipologia strutturale che ne deriva corrisponde a quella ipotizzata inizialmente, i risultati del calcolo saranno validi. Al contrario, se risulterà una diversa tipologia strutturale, bisognerà ripetere l’analisi adottando il fattore di comportamento corrispondente alla differente tipologia strutturale, riverificando a posteriori che la tipologia strutturale utilizzata corrisponda a quella che deriva dai risultati dell’analisi.
In alternativa il progettista strutturale potrà eseguire a priori delle valutazioni di massima per l’identificazione della tipologia strutturale, valutando la percentuale del taglio totale al piede agente su ciascun tipo di elemento strutturale (pilastri e pareti), considerando le rispettive rigidezze relative, adottando un modello elastico.
Scarica il Focus Normativo PDF sulle tipologie strutturali
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Conclusioni
In fase di progettazione e calcolo di una struttura in cemento armato è molto importante individuare nel modo corretto la tipologia strutturale fra quelle proposte dalla Normativa Tecnica. Dalla tipologia strutturale dipenderà l’entità del fattore di comportamento e il valore dell’azione sismica agente.
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Marco