ORDINANZA 3274 DEL 20 MARZO 2003 - CARATTERISTICHE GENERALI DEGLI EDIFICI

Ingegneria Sismica

· CARATTERISTICHE GENERALI DEGLI EDIFICI

· Marco Bozza

· INTRODUZIONE

· SEMPLICITA’ STRUTTURALE

· UNIFORMITA’ E SIMMETRIA

· IPERSTATICITÁ

· REGOLARITÁ STRUTTURALE

· RESISTENZA E RIGIDEZZA BIDIREZIONALE

· RESISTENZA E RIGIDEZZA TORSIONALE

· AZIONI MEMBRANALI SUGLI IMPALCATI

· STRUTTURE DI FONDAZIONE ADEGUATE

INTRODUZIONE

La possibilità che si verifichi un terremoto deve essere considerata come un’importante aspetto da tenere in conto nella fase di progettazione di un edificio in zona sismica. Questo aspetto deve essere preso in considerazione fin dalle prime fasi dello sviluppo del progetto dell’edificio in modo da consentire la definizione di un modello strutturale che, a fronte di costi accettabili, sia in grado di soddisfare i requisiti fondamentali, ossia il requisito di non-collasso e il requisito di limitazione deI danno. Il comportamento di una struttura durante un terremoto dipende, oltre che dalle caratteristiche dell’azione sismica, dalla qualità della struttura stessa, che è funzione della tipologia strutturale, della procedura di progettazione, del dettaglio degli elementi strutturali e della cura della realizzazione. I principi base della progettazione degli edifici specificati nell’Ordinanza hanno proprio lo scopo di orientare la progettazione verso questi obiettivi. Per tale motivo gli edifici devono avere quanto più possibile le seguenti caratteristiche generali:

- semplicità strutturale

- uniformità e simmetria

- iperstaticità

- regolarità strutturale

Come però specificato meglio nell’EC8, i principi guida che devono governare l’approccio progettuale delle costruzioni in zona sismica comprendono anche:

- resistenza e rigidezza bidirezionale

- resistenza e rigidezza torsionale

- azioni membranali sugli impalcati

- strutture di fondazione adeguate

L’obiettivo fondamentale di questi principi guida è quello di concepire un edificio nel quale le forze laterali possano essere facilmente trasferite a terra senza eccessive deformazioni e con un comportamento duttile che ne assicuri il buon funzionamento sotto azione sismica.

SEMPLICITA’ STRUTTURALE

La semplicità strutturale, caratterizzata dall’esistenza di percorsi chiari e diretti per la trasmissione delle forze sismiche, è un’importante obiettivo da perseguire poiché la modellazione, l’analisi, il dimensionamento, la definizione dei particolari e la costruzione di strutture semplici sono soggette a minori incertezze e quindi la previsione del loro comportamento durante un evento sismico può essere ipotizzata in maniera molto più realistica.

UNIFORMITA’ E SIMMETRIA

L’uniformità, che in qualche modo è collegata alla semplicità, è caratterizzata da una regolare distribuzione degli elementi strutturali che, quando realizzata in pianta, permette una trasmissione rapida e diretta delle forze di inerzia prodotte dalle masse distribuite dell’edificio. Se necessario questa uniformità può essere ottenuta dividendo l’intero edificio mediante appositi elementi di collegamento in unità dinamicamente indipendenti.

L’uniformità dell’edificio nel suo sviluppo verticale è altrettanto importante poiché in tal modo si tende ad eliminare la formazione di zone ove vi sia una grande concentrazione di sforzi o notevoli richieste di duttilità che potrebbero essere causa di un prematuro collasso. Uno stretto rapporto tra la distribuzione delle masse e delle rigidezze elimina automaticamente le eccentricità eccessive fra le masse e le rigidezze.

In edifici caratterizzati da configurazioni simmetriche o quasi-simmetriche, la simmetria strutturale e il corretto sviluppo in pianta sono le soluzioni più ovvie per il raggiungimento dell’uniformità.

L’utilizzo di elementi strutturali distribuiti con regolarità aumenta la ridondanza e permette una più favorevole ridristribuzione degli effetti dovuti all’azione sismica, nonché una maggiore dissipazione di energia da parte dell’intera struttura.

IPERSTATICITÁ

La struttura iperstatica dotata di sufficiente duttilità globale ha un comportamento sismico decisamente migliore nei confronti dell’azione tellurica rispetto a quella che non lo è, in quanto, consente la formazione di meccanismi dotati di zone critiche (cerniere plastiche) con conseguenti ridistribuzioni delle sollecitazioni. Infatti, un elevato grado di iperstaticità accompagnato dalla capacità di ridristribuzione consente una più diffusa dissipazione di energia e ne incrementa il valore totale. La necessaria capacità di ridristribuzione è raggiunta mediante le disposizioni che mirano a garantire una sufficiente duttilità locale in termini di rotazione plastica (curvatura) in tutte le zone critiche dove potenzialmente possono formarsi le cerniere plastiche.

REGOLARITÁ STRUTTURALE

I requisiti di regolarità di un edificio sono importanti poiché a seconda che siano verificati o meno sono richieste scelte diverse in relazione al metodo di analisi e ad altri parametri di progetto. Le regolarità che l’Ordinanza considera sono quelle in pianta e in altezza.

Regolarità in pianta

· La struttura dell’edificio deve essere approssimativamente simmetrica in pianta rispetto a due direzioni ortogonali per quanto riguarda la rigidezza laterale e la distribuzione della massa. La configurazione della pianta deve essere compatta, non deve cioè presentare forme ad H, I, X ecc.

· Il rapporto tra il lato maggiore e minore del rettangolo in cui può essere iscritto l’edificio è inferiore a 4.

· Eventuali rientranze o sporgenze non superiori al 25% della dimensione totale dell’edificio nella direzione del rientro o della sporgenza.

· I solai possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali.

Regolarità in altezza

· Tutte le strutture di controvento, come nuclei irrigidenti, pareti e telai, si devono sviluppare senza interruzioni dalle fondazioni fino alla sommità dell’edificio o fino alla sommità della rispettiva parte allorché fossero presenti arretramenti a differenti altezze.

· Sia la rigidezza che la massa di ogni piano deve rimanere costante o ridursi gradualmente, senza brusche variazioni, dalla base alla sommità (le variazioni tra un piano e l’altro inferiori al 20%).

· Il rapporto tra la resistenza effettiva e quella richiesta dall’analisi non deve variare troppo tra piani successivi (rapporto compreso tra 0,85 e 1,15).

· Eventuali restringimenti della sezione dell’edificio avvengono in modo graduale con le seguenti limitazioni: ad ogni piano il rientro non supera il 30% della dimensione corrispondente al primo piano e non supera il 10% della dimensione corrispondente al piano immediatamente sottostante.

RESISTENZA E RIGIDEZZA BIDIREZIONALE

Il moto sismico orizzontale è un fenomeno bidirezionale e per questo motivo la struttura dell’edificio deve essere in grado di resistere ad azioni orizzontali provenienti da qualsiasi direzione. In tal senso gli elementi strutturali devono essere disposti in modo tale da garantire la resistenza dell’edificio. Quest’ultima è normalmente ottenuta organizzando questi elementi in pianta secondo una maglia ortogonale che assicuri valori analoghi di resistenza e rigidezza in entrambe le direzioni.

Inoltre la scelta delle caratteristiche di rigidezza della struttura deve da un lato minimizzare gli effetti dell’azione sismica e dall’altro evitare che si sviluppino spostamenti eccessivi che potrebbero produrre fenomeni di instabilità dovuti ad effetti del secondo ordine o un danneggiamento eccessivo.

RESISTENZA E RIGIDEZZA TORSIONALE

Oltre alla resistenza e rigidezza laterale, la struttura dell’edificio deve possedere un’adeguata resistenza e rigidezza torsionale al fine di limitare moti di tipo torsionale che tendono inevitabilmente a sottoporre i diversi elementi strutturali ad un regime di sforzo non uniforme. In quest’ottica le configurazioni in cui i principali elementi resistenti sono distribuiti in prossimità del perimetro esterno dell’edificio presentano chiari vantaggi.

AZIONI MEMBRANALI SUGLI IMPALCATI

Negli edifici gli impalcati hanno un ruolo molto importante nel comportamento sismico complessivo della struttura. Infatti essi si comportano come membrature orizzontali che non solo riuniscono e trasmettono le forze di inerzia ai sistemi strutturali verticali, ma assicurano anche che questi sistemi partecipino tutti insieme nel contrastare l’azione orizzontale.

Per questo motivo gli impalcati rappresentano una parte essenziale della struttura dell’edificio e naturalmente la loro azione membranali assume una particolare importanza in edifici caratterizzati da uno sviluppo verticale complesso e non uniforme, oppure quando si utilizzino insieme sistemi strutturali caratterizzati da una diversa deformabilità orizzontale (ad esempio i sistemi misti pareti-telai).

E’ quindi della massima importanza che gli impalcati possiedano un’adeguata rigidezza e resistenza in pianta e siano collegati in maniera efficace agli elementi strutturali verticali.

STRUTTURE DI FONDAZIONE ADEGUATE

In zona sismica il progetto e la costruzione delle fondazioni nonché degli elementi di collegamento con la sovrastruttura deve garantire che tutto l’edificio sia sollecitato uniformemente dall’azione sismica. A tal fine per strutture composte da un discreto numero di pareti con funzione strutturale, differenti per larghezza e rigidezza, si deve predisporre una fondazione del tipo rigido scatolata, con cellule più o meno grandi che includano due solette, una all’intradosso della fondazione ed una all’estradosso.

Per edifici con elementi di fondazione separati (plinti o pile) deve essere considerato l’utilizzo di una piastra o di una trave di collegamento tra questi elementi in entrambe le direzioni principali.