scheletro portante in acciaio - unibg
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SCHELETRO PORTANTE IN ACCIAIO
Il ferro e le sue proprietà erano già conosciute nei tempi più antichi.Fino a poco tempo fa, tuttavia, non era possibile produrlo a un prezzo così basso e in quantità e pezzi così grandi da poterlo considerare allo stesso livello di pietra e legno (Otto Königer, 1902)
John Paxton, Crystal Palace, Londra 1851
Gustave Eiffel, Torre Eiffel, Parigi 1889
Maggiore altezza dovuta al peso inferiore degli elementi in virtù delle sezioni ridotte
Peso specifico:Acciaio ≈ 7850 kg/m³Calcestruzzo ≈ 2400 kg/m³
Grattacieli a Chicago, 1948 - 1951
VANTAGGI
Valore elevato di tensione (σ) ammissibile rispetto ai materiali di uso tradizionale
Uguale comportamento sia a trazione che a compressione
Minor peso proprio
Minor peso complessivo scaricato in fondazione
Possibilità di coprire luci notevoli
Possibilità di modifiche in corso d’opera a seguito di errori di dimensionamento
SVANTAGGI
Maggiore vulnerabilità agli agenti atmosferici e quindi necessità di protezione e periodica manutenzione
Scarsa resistenza al fuoco
Elevato costo del materiale
Necessità di manodopera specializzata
PROFILATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO
Compressione, trazione
Compressione, trazione Per sezioni composte
Compressione, trazione
Trazione
Compressione, trazione
Flessione
PROFILATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO
Flessione
Pressoflessione, trazione, compressione
LAMINATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO
Piatti - Compressione, trazione; per sezioni composte
Lamiere - non utilizzate per S.P.
SEZIONI COMPOSTE
COLLEGAMENTI
Chiodatura → in disusounioni non removibili
Saldatura → preferibilmente solo in officina
Bullonatura → facile da eseguirsi in cantiere unione removibile
Travi alveolari
Travi a cassone
Travi reticolari
Tutti i nodi devono essere a cerniera
I baricentri geometrici delle aste devonoconvergere nello stesso punto
Se si adottano piastre di collegamento (fazzoletti), esse dovranno essere più piccole possibile per limitare la rigidezza flessionale dei nodi
Travi reticolari
Le unioni possono essere saldate o bullonate
Trattamenti protettivi
Contro la ruggine
- Zincatura: procedimento che permette di ricoprire il materiale di uno strato di zinco; può essere effettuata a caldo (in un bagno di zinco fuso), elettroliticamente (mediante deposizione catodica) oppure a freddo (trattamenti analoghi ad una verniciatura con formulazioni a base di zinco)
- Verniciatura protettiva: vernici a base di minio, un ossido di piombo
- Protezione catodica: utilizzata soprattutto per i tubi interrati e per i depositi sotterranei di carburante; il metodo consiste nel collegare la struttura con un metallo, in particolare magnesio, che si ossida preferenzialmente
Trattamenti protettivi
Contro il fuoco
L’acciaio è un materiale incombustibile, ma le sue caratteristiche meccaniche decrescono con l’aumentare della temperatura, fino al collasso
La temperatura critica delle strutture in acciaio di più comune impiego è compresa tra i 350°C e i 600°C
Interventi:- Vernici intumescenti- Pannellature in gesso rivestito- Intonaci ignifughi
Vernici intumescenti
- Vernici mono-componenti in emulsione acquosa- Vernici bi-componenti epossidiche
Intervengono sul rivestimento degli elementi portanti,aumentando la resistenza delle strutture prima di raggiungere la temperatura di collasso
Sotto l’azione del fuoco formano uno strato carboniosoisolante espanso che protegge il substrato metallico
I prodotti possono essere applicati a pennello o a spruzzo previa rimozione di ogni traccia di grasso, di ruggine o di strati di incoerenti
Lo spessore da applicare deve essere calcolato in funzione del fattore di massività delle singole strutture (S/V - rapporto tra la superficie esposta al fuoco e il volume dell’elemento), dal grado di sollecitazione (temperatura critica), dal tipo di profilo e dal grado di protezione (classe R) che si vuole ottenere
Pannellature in gesso rivestito o in cartongesso
Rappresenta in moltissimi casi una soluzione eccellente grazie alle proprietà fisico-chimiche del gesso e del rivestimento realizzato con cartone a basso potere calorifico
Intonaci ignifughi
A base di fibre minerali, vermiculite, perlite e leganti cementizi, capaci di resistere a temperature elevate (REI 180 e oltre). L’intonaco è applicato a spruzzo su superfici stabili, pulite e prive di ogni sostanza che potrebbe pregiudicare la perfetta aderenza (oli, grassi, ruggine, pitture o vernici scrostate, ecc.).
Lo spessore ottimale è determinato in funzione del tipo di struttura, del fattore di massività dell’elemento e del grado di sollecitazione (temperatura critica)
Elementi costruttivi funzionali dello Scheletro Portante in acciaio
- FONDAZIONI- PILASTRI- TRAVI
- NODI (punti in cui concorrono due o più elementi)- ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO
Cerniera Permette le rotazioni e trasmette solo il taglio→ - NODO
Incastro Non permette le rotazioni e trasmette momento e taglio→
Capacità di resistenza alle azioni orizzontali
Dipende dalla modalità di esecuzione dei nodi
- Tutti i nodi a incastro
La struttura è fortemente iperstatica e resiste bene alle azioni verticali e orizzontali
Metodo oneroso sia economicamente, sia per tempo di impiego della manodopera
Capacità di resistenza alle azioni orizzontali
- Nodi a incastro in numero sufficiente, tutti gli altri a cerniera
La struttura deve essere progettata in modo da essere isostatica
Si realizza un nucleo rigido che resiste bene alle azioni verticali e orizzontali
Capacità di resistenza alle azioni orizzontali
- Tutti nodi a cerniera con presenza di nuclei rigidi in c.a.
La resistenza alle forze orizzontali è affidata a nuclei rigidi in c.a. (vani scala e/o ascensore, setti, ecc.)
Non sempre è possibile
Capacità di resistenza alle azioni orizzontali
- Tutti nodi a cerniera con elementi di controventamento
La resistenza alle forze orizzontali è affidata a nuclei rigidi realizzati a traliccio che ripropongono la figura indeformabile per eccellenza: il triangolo
L’elemento resistente alle azioni orizzontali può essere paragonato a una mensola reticolare posta in verticale e incastrata al piede
Controventamento
Schemi di controventamento
Unioni tra elementi costruttivi funzionali dello Scheletro Portante in acciaio
- Unione TRAVE-TRAVE
Si rende necessaria quando le luci da coprire sono maggiori delle dimensioni dei profili prodotti industrialmente
Va eseguita dove le sollecitazioni (M, T) non sono massime
- Unione con flange
Unione TRAVE-TRAVE
- Unione con flange
Unione TRAVE-TRAVE
- Unione saldata
Unione TRAVE-TRAVE
- Unione con coprigiunti bullonati
Unione PILASTRO-PILASTRO
Si rende necessaria quando le altezze da realizzare sono maggiori delle dimensioni dei profili prodotti industrialmente e ogniqualvolta vi è una rastremazione della sezione del pilastro
Va eseguita dove le sollecitazioni (M, T) non sono massime
- Unione con flange
Unione PILASTRO-PILASTRO
- Unione saldata senza rastremazione della sezione
Unione PILASTRO-PILASTRO
- Unione saldata con rastremazione della sezione e piastre trasversali
Unione PILASTRO-PILASTRO
- Unione con coprigiunti bullonati
Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA
- Unione saldata – nodo cerniera
Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA
- Unione con profilati angolari (squadrette) bullonati – nodo cerniera
Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA
- Unione con profilati angolari (squadrette) bullonati – nodo incastro
Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera
Consente la rotazione e trasmette solo forze
Si collega solo l’anima della trave con l’anima o un’ala del pilastro
- Unione con squadrette
Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera
- Unione saldata
Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera
- Unione con flange
Unione TRAVE-PILASTRO a incastro
È un nodo rigido e trasmette sia forze che momenti
Si collegano sia l’anima che le ali della trave con l’anima o un’ala del pilastro
- Unione con squadrette
Unione TRAVE-PILASTRO a incastro
- Unione con squadrette
Unione TRAVE-PILASTRO a incastro
- Unione saldata
Unione TRAVE-PILASTRO a incastro
- Unione con flange
Unione PILASTRO-FONDAZIONE
Fondazioni in c.a.
Piastra sufficientemente spessa e rigida (per evitare la punzonatura o l’inflessione) saldata al piede del pilastro predisposta con 4 fori per alloggiare i tirafondi, annegati nella fondazione in fase di getto del calcestruzzo
BIBLIOGRAFIA
Dispense dei corsi di Architettura tecnica tenuti dai proff. Giuseppe Margani e Gaetano Sciuto presso il corso di laurea in Ingegneria civile e ambientale dell'Università degli Studi di Catania
L. Caleca, Architettura Tecnica, Capitolo 4, paragrafo 4.1.6
A. Petrignani, Tecnologie dell’Architettura, Capitolo secondo – strutture in acciaio