Relazione Di Laboratorio Di Tecnica Delle Costruzioni

Politecnico di Torino Anno Accademico 2010/2011 06CPBFB

LABORATORIO DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI INGEGNERIA EDILE Docenti: Bellino Francesco Manzone Giuseppe Componenti della squadra: Carrozzino Carmine - 154520 Scuero Daniele - 146698 Sini Leonardo - 154891

PROGETTO E VERIFICA STRUTTURALE DI UN CAPANNONE INDUSTRIALE IN ACCIAIO

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INDICE 1.

INTRODUZIONE Dettagli tecnici Iter progettuale

2.

3.

ANALISI DEI CARICHI

pag.1 pag.1 pag.2

pag.3

2.1

Analisi dei carichi e modello strutturale di calcolo

pag.3

2.2

Manto di copertura

pag.4

2.3

Arcarecci Progetto degli arcarecci Verifica agli stati limite degli arcarecci

pag.4 pag.4 pag.6

PREDIMENSIONAMENTO DELLA CAPRIATA

pag.7

2.1

Diagonali Predimensionamento dei diagonali Verifica agli stati limite dei diagonali

pag.7 pag.7 pag.8

2.2

Corrente teso inferiore Predimensionamento del corrente teso inferiore Verifica agli stati limite del corrente teso inferiore

pag.8 pag.8 pag.9

2.3

Corrente compresso superiore Predimensionamento del corrente compresso superiore Verifica agli stati limite del corrente compresso superiore

pag.10 pag.10 pag.11

2.4

Montanti Predimensionamento dei montanti Verifica agli stati limite dei montanti

pag.12 pag.12 pag.14

4.

DA PREDIMENSIONAMENTO A PROGETTO

pag.15

5.

GIUNZIONI

pag.17

6.

5.1

Unioni saldate Progetto dei fazzoletti Verifica agli stati limite delle saldature

pag.17 pag.17 pag.18

5.2

Unioni bullonate Progetto del nodo superiore bullonato Verifica agli stati limite della bullonatura superiore Progetto del nodo inferiore bullonato Verifica agli stati limite della bullonatura inferiore

pag.18 pag.18 pag.20 pag.20 pag.23

PROGETTO DEGLI ELEMENTI VERTICALI

pag.24

6.1

Pilastri Progetto dei pilastri Verifica agli stati limite dei pilastri

pag.24 pag.24 pag.28

Fondazione Progetto della piastra di fondazione in acciaio Progetto del plinto di fondazione in calcestruzzo

pag.29 pag.29 pag.36

6.2

7.

CONTROVENTATURE Progetto delle controventature Verifica agli stati limite degli elementi inerenti le controventature

pag.40 pag.40 pag.42

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1. INTRODUZIONE Il lavoro consiste in una relazione di calcolo e verifica degli elementi strutturali appartenenti ad un capannone ad uso industriale interamente realizzato in acciaio. Nello specifico l’analisi si compone de: il predimensionamento dei profilati che compongono una generica capriata; il dimensionamento e la verifica degli arcarecci; il progetto della struttura capriata; la definizione dei collegamenti e delle unioni tra gli elementi; il progetto dei pilastri e dei relativi plinti di fondazione; la verifica del sistema agli stati limite d’esercizio ed ultimi. Il capannone è modulato su cinque capriate e presenta una copertura a due falde inclinate composte da lamiera grecata.

Dettagli tecnici

GEOMETRIA DEL PROBLEMA Quota sul livello del mareas Estensione in larghezza del capannone Estensione in lunghezza del capannone Quota all’intradosso della capriata Passo tra le capriate i Altezza del primo montante delle capriate Passo tra gli arcarecci a Inclinazione della falda φ

CARATTERISTICHE DEI MATERIALI S235 (Fe360): Resistenza caratteristica fyk S235 (Fe360): Tensione ammissibile σf,lim

CARICHI SOLLECITANTI Peso proprio stimato arcarecciogarc Peso proprio stimato lamiera grecataglam Peso proprio stimato capriatagcap

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Iter progettuale Nell’approcciarsi ad il progetto di una struttura si segue un percorso, preciso nelle sue fasi, che porta come scopo finale alla realizzazione dell’opera in questione. Di seguito si fornirà una serie di punti di carattere generale che connotano il disegno di una costruzione: un capannone industriale in acciaio non esula da tale procedimento e, pertanto, la relazione che si presenterà sarà svolta integrando tale schema con i materiali e gli elementi tipici di questo fabbricato. a) Analisi dei carichi: La definizione delle sollecitazioni distribuite sulla costruzione riveste un’importanza fondamentale, in quanto pone le basi per il dimensionamento degli elementi strutturali e, di conseguenza, per il rispetto dei criteri economici e soprattutto di sicurezza degli utenti. E’ evidente come una stima erronea possa portare ad una variazione di tali parametri, producendo importanti conseguenze per il rispetto delle norme progettuali. Nel calcolo devono essere integrati con cura sia i pesi relativi agli agenti eccezionali, come la neve, sia a quelli permanenti, come le parti delle quali è composto il sistema strutturale. I valori inseriti sono supposti sulla base delle condizioni che più comunemente si possano presentare, ipotizzando di fatto uno standard fittizio. Determinati i carichi, si deve predisporre la combinazione più gravosa in termini di risposta della struttura, ponendosi in una situazione più prossima possibile al rischio di collasso; questo sistema sollecitante dovrà essere utilizzato nella progettazione per consentire all’opera di fornire sempre una reazione contenuta entro idonei criteri di sicurezza. b) Definizione dello schema statico: La reale conformazione strutturale del progetto viene definita entro un modello statico che schematizzi il comportamento della sua controparte; è importante che lo schema fornisca una risposta il più possibile aderente a quella dell’opera realizzata, sotto le medesime azioni di carico, per predisporre un lavoro corretto e coerente nelle sue parti. La risoluzione dello schema statico permette di desumere le caratteristiche di sollecitazioni gravanti nei punti interessati da nodi, vincoli o condizioni notevoli nel modello reale. c) Predimensionamento della struttura: Utilizzando i valori limite delle reazioni è possibile sfruttare le equazioni di dimensionamento degli elementi strutturali necessari. Sotto tali condizioni si ipotizzano quali unità normate adottare, ricavando le caratteristiche geometriche, come le aree e gli ingombri, nonché quelle meccaniche di risposta alle tensioni da assorbire. La resistenza della struttura deve essere soddisfatta dai suddetti calcoli svolti. d) Progetto della struttura: Noti gli attributi degli elementi strutturali, è possibile calcolare in termini effettivi l’intensità dell’azione con la quale gravano, definendo così una combinazione maggiormente precisa dei carichi ai quali deve sottostare il progetto. Attraverso una procedura reiterativa si stabiliscono nuovamente le condizioni sollecitanti di partenza, verificando che la struttura sì progettata sia in grado di offrire resistenza a ragione di sicurezza anche per questo diverso assetto tensionale. Nel caso in cui tale verifica non sia assolta, risulterà necessario definire nuovi elementi nel processo di predimensionamento che portino ad ottenere dei risultati compatibili con la resistenza in sede di progetto. e) Verifica della struttura: Ogni unità dell’opera deve osservare quei criteri di risposta a contingenze particolari stabilite all’interno delle normative; l’intero sistema deve essere verificato agli stati limite ultimi ed agli stati limite d’esercizio in riferimento a quanto richiesto dalla destinazione d’uso. Quando i risultati di questo esame non sono compatibili con le classi definite nei codici, la struttura offre delle reazioni che producono condizioni di non fruibilità od addirittura di pericolo per l’ambiente concepito; in tal caso risulta necessario riprogettare l’organico nella sua globalità.

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2. ANALISI DEI CARICHI 2.1.

Analisi dei carichi e modello strutturale di calcolo

L’incipit di un’operazione progettuale consta sempre della definizione delle azioni cui è soggetta la costruzione, siano esse variabili o permanenti. L’analisi si compone di una parte atta a definire l’intensità dei carichi presenti e di una atta a stabilire quale sia la combinazione dei loro valori che si voglia imporre come condizione iniziale di calcolo. In primis il carico neve è stato valutato secondo la N.T.C. 2008 mediante l’espressione fornita: : Coefficiente di forma della copertura : Valore del carico neve al suolo Zona Alpina : Coefficiente di esposizione : Coefficiente termico

Il progetto della capriata è stato eseguito in riferimento alla combinazione di carico totale più gravosa e considerando i seguenti carichi permanenti e variabili:

Ottenuto il carico totale della copertura per metro quadro unitario, interessa sapere quale sia l’entità del peso sulla capriata che si estende in un’unica direzione; nota quindi l’area di competenza di ogni capriata, pari al passo tra due contigue, è possibile ricavare il carico agente per metro lineare:

Lo schema di calcolo è una travatura reticolare isostatica, sulla quale i carichi vengono considerati concentrati ed agenti su ogni nodo. I montanti relativi lavorano per un’area di competenza pari al passo tra gli arcarecci: risulta ovvio che quelli agli estremi interessino una porzione di superficie pari alla metà. Si ottengono i carichi puntuali:

Le sollecitazioni massime agenti sulla struttura saranno quindi:

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2.2.

Manto di copertura

Il manto di copertura utilizzato è composto da una lamiera grecata di serie prodotta da ditte specializzate ed avente la seguente conformazione:

2.3.

Arcarecci

Progetto degli arcarecci Gli arcarecci sono quegli elementi disposti parallelamente al colmo delle capriate, atti a supportare la lamiera di copertura. Per sviluppare un modello di calcolo utile, si è ipotizzata una condizione di carico determinata dalle forze agenti; lo schema statico si compone quindi di una trave vincolata alle estremità da un carrello ed una cerniera sottoposta alla combinazione:

Dato che la geometria degli arcarecci in esame è inclinata di un certo angolo φ, si presenta un caso di flessione deviata; le sollecitazioni massime agenti sulla struttura saranno quindi scomponibili ciascheduna in due componenti relative ai contributi sugli assi principali:

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Si ipotizza di utilizzare un profilato IPE caratterizzato da due momenti d’inerzia, sulla base dei quali valori si ottengono le tensioni normali e tangenziali nei punti notevoli della sezione:

Si sommano quindi i contributi secondo gli assi nei punti, al fine dell’equilibrio tensionale:

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Verifica agli stati limite degli arcarecci Dopo aver provveduto al dimensionamento di un elemento, è necessario procedere con il controllo della sua risposta ad un determinato stato limite. Compatibilmente con la resistenza del materiale e della geometria, si definiscono delle condizioni limite che si vuole impedire vengano raggiunte dal componente e si verifica che le caratteristiche sollecitanti necessarie a provocare tale stato siano inferiori a quelle resistenti offerte. Per determinare le metodologie di verifica si deve innanzitutto inserire il profilato nella relativa classe d’appartenenza. Noto il valore di ε=1 relativo alla tipologia di acciaio S235 adottata, si ricavano: Ala

Anima

Dai valori ottenuti risulta che la geometria del laminato rientri nella classe 1. La prima verifica da effettuare è quella allo stato limite ultimo di resistenza a taglio. Noto il valore dello sforzo di taglio massimo agente Vsd, si accerta che questo sia inferiore alla resistenza Vrd dell’arcareccio.

Per procedere nel calcolare la resistenza a taglio, è necessario conoscere il valore dell’area effettiva reagente del profilato:

La seconda verifica da condurre è quella allo stato limite ultimo di resistenza a flessione. Si ricavano le caratteristiche agenti in termini di sollecitazione e resistenza:

Per ottenere il momento MRd si trova in primo luogo il valore del momento resistente plastico Wpl: soddisfatta la condizione:

il suo valore, inoltre, non deve essere minorato in quanto è soddisfatta la condizione VSd