Settore Patrimonio Edilizio e Immobiliare – Demanio – Attività Economiche - Turismo
Servizio Progettazione e Manutenzione
C.so Matteotti, 3
23900 Lecco, Italia
LUOGHI E VIE DELLA FEDE IN PROVINCIA DI LECCO
MONASTERO DI S. MARIA DEL LAVELLO
- COMPLETAMENTO DELLA VALORIZZAZIONE DEL
COMPLESSO STORICO-MONUMENTALE - Interventi sulle aree esterne e di manutenzione
straordinaria delle coperture PRATICA: 1310
FASCICOLO: 120
PROGETTO ESECUTIVO
RELAZIONE DI CALCOLO STRUTTURA METALLICA
IL PROGETTISTA
Ing. Pietro Francesco Canali
Lecco, GIUGNO 2014
mK=fs^==MONVPVTMNPM=`KcK=VOMNPNTMNPS
1. Introduzione del progetto
Il progetto in questione riguarda un percorso pedonale coperto realizzato mediante una struttura in
acciaio. Il percorso pedonale ha una lunghezza complessiva di 15.57 m, la distanza longitudinale
(sezione AA) tra gli assi dei pilastri in acciaio di profilo HEB 200 è di 221 cm mentre in senso
trasversale (sezione BB) è di 180 cm. Le travi in copertura sono sia nel senso longitudinali che
trasversali di profilo HEB 200.
Di seguito è presente una pianta del percorso pedonale.
Lo scopo di questa relazione è presentare le azioni agenti sulla struttura in esame sotto carico da
vento, da neve e da sisma e progettare la connessione dei pilastri alla fondazione così come le
connessioni in sommità dei pilastri tra le travi di copertura.
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2. Normative
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Decreto Ministero Infrastrutture 14 gennaio 2008 “Norme tecniche per le costruzioni”
Circolare Ministero Infrastrutture 2 febbraio 2009 n.617 “Istruzioni per l'applicazione delle
Nuove norme tecniche per le costruzioni”
UNI EN 1993-1-1:2005 Eurocodice 3 - Progettazione delle strutture in acciaio - Parte 1-1:
Regole generali e regole per gli edifici
3. Caratteristiche dei materiali e dei componenti strutturali
3.1 Acciaio per profilato e piatti
Strutture in carpenteria metallica: per la costruzione di elementi strutturali si prevede l’impiego di
profilati, lamiere e tondi d’acciaio di qualità S275 JR (secondo EN 10025).
Nelle verifiche di resistenza e stabilità il calcolo delle capacità resistenti delle strutture è stato
condotto considerando i seguenti parametri del materiale:
Acciaio S275 JR (EN 10025):
fyk = 275 Mpa
ftk = 430 Mpa
E = 210000 MPa
G = 80769 Mpa
ν = 0.3
ρ = 7850 kg/m3
3.2 Saldature
Le saldature dovranno essere eseguite in accordo alla norma EN 1011 da saldatori qualificati
secondo EN 287-1 ed EN 1418 con procedimenti di saldatura conformi alla EN 2883 e
preparazione dei lembi secondo EN 29692.
I cordoni di saldatura, tranne dove diversamente indicato, hanno spessore pari a 0.7 per lo
spessore minimo da collegare.
3.2 Unioni bullonate
Le unioni bullonate tra elementi metallici sono eseguite con bulloni di classe 8.8 (UN EN 15048); il
collegamento bullonato è calcolato e verificato nelle ipotesi che le azioni agenti impegnino i bulloni
a taglio e/o trazione.
Il valore di resistenza allo snervamento e di rottura dei bulloni impiegati è:
fyb = 640 MPa
ftb = 800 MPa.
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4. Carichi
Di seguito saranno specificate le tipologie di carico (verticali ed orizzontali) considerate per le
analisi della struttura in acciaio che verrà realizzata nel Comune di Calolziocorte (LC).
4.1 Carichi verticali
4.1.1 Neve
Secondo la zonizzazione proposta dalla normativa vigente (NTC 2008), la struttura è posta in zona
I da cui
qsk = 1.50 kN/m2.
Considerando un coefficiente di forma pari a 0.8 su tutta la superficie, il carico da neve è quindi
qs = 1.2 kN/m2.
4.2 Carichi orizzontali
4.2.2 Vento
La spinta del vento è calcolata in accordo con il capitolo 3.3 della normativa NTC 2008. La
struttura è classificata come segue:
- Zona
1
- Classe di rugosità del terreno
B
- Categoria di esposizione
IV
Da cui:
- Kr:
- Z0:
- Zmin:
0.22
0.3 m
8m
Il coefficiente di forma è stato calcolato in accordo con quanto previsto per edifici a pianta regolare
con coperture piane o a falda (Circolare n. 617 C3.3.10.1):
-Cp (sopravento):
+ 0.8
- 0.4
-Cp (sottovento):
Il coefficiente dinamico è stato assunto pari a 1.00.
Le pressioni agenti sulla struttura sono:
- pressione di base sopravento:
q = 0.486 kN/m2
- pressione di base sottovento:
q = 0.243 kN/m2.
4.2.3 Sisma
La struttura in progetto è da realizzarsi nel comune di Calolziocorte (LC). Il manufatto oggetto
dell'analisi è definibile, ai sensi della vigente normativa (NTC 2.4.1), come “opera ordinaria”:
pertanto la vita nominale (Vn) è assunta ≥ 50 anni.
Con riferimento alle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso in
presenza di azioni sismiche, si assume una classe d'uso di tipo II (“Costruzioni il cui uso preveda
normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l'ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali
essenziali”).
Di conseguenza, il periodo di riferimento per l'azione sismica vale:
VR=VN·CU= 50 · 1 = 50 anni
Le analisi sono svolte considerando il sisma atteso nelle condizioni di Stato Limite di Salvaguardia
della Vita (SLV): si assume quindi che il sisma di progetto abbia intensità tale da avere una
probabilità di superamento del 10% nel corso del periodo di riferimento della vita della struttura (50
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anni). Tale approccio è del tutto analogo a quanto previsto dalla normativa attualmente vigente per
il calcolo delle strutture comunemente realizzate (edifici di civile abitazione, industriali e
commerciali).
In base alla normativa vigente i parametri di caratterizzazione sismica per il comune di
Calolziocorte sono riassunti nella tabella seguente:
STATO LIMITE TR [anni]
SLV
475
ag [g]
F0
Tc* [s]
0,062
2,603
0,281
Tabella 1. Parametri per la definizione dell'azione sismica (Comune di Calolziocorte)
Con riferimento a studi geologici realizzati in terreni vicini, si assume che il terreno su sarà
realizzato l’opera in oggetto sia di tipologia C secondo la classificazione della normativa: depositi di
terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fine mediamente consistenti.
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Sulla base dei dati di caratterizzazione locale sopra esposti si ottiene lo spettro elastico per
l'evento sismico di progetto allo stato limite SLV nel sito considerato.
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5. Verifiche
5.1 Verifiche allo SLU dei pilastri – carico vento
Di seguito si riportano le verifiche effettuate sui pilastri sotto azione del vento. Considerando il
vento agente in direzione AA (vedi pianta successiva), su ogni singolo pilastro esposto al vento è
presente un carico distribuito pari a qdist = 1.5 kN/m. Amplificando il carico vento con coefficiente γQi
= 1.5, si ottiene qdist,SLU = 2.25 kN/m.
Si analizza il telaio BB e si ottengono i seguenti grafici delle azioni sollecitanti. Lo schema statico
adottato è quello di pilastri incastrati alla base soggetti a carico orizzontale uniforme distribuito e
trave orizzontale incernierata ai suoi estremi.
Diagramma del momento flettente
Il momento flettente massimo presente è alla base del pilastro ed è pari a MSLU,vento = 6.761 kN m.
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Diagramma dell’azione tagliante
L’azione tagliante massima presente è alla base del pilastro ed è pari a VSLU,vento = 5.669 kN.
Il momento resistente dei pilastri HEB 200 è pari a MRd = 50 kNm essendo inflesse secondo l’asse
debole, come riportato nella tabella seguente.
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- Verifica flessionale dei profili IPE/HEA/HEB DATI SEZIONE
A
78.08
cm2
n. PROFILO
Peso
61.3
kg/m
1
Jy
5696
cm4
JT
62.1
cm4
Jω
490000
cm6
Wy,el
200
cm3
49
DATI MATERIALE
Acciaio
S275
E
206000
N/mm2
EJy
1173
tm2
G
79231
N/mm2
GJT
4.920
tm2
fyd
275
2750
N/mm2
kg/cm2
1900
1.1
kg/cm2
Coefficiente di sicurezza per la resistenza delle membrature
σadm
γM0
Momento resistente
MRd
MRd
5.0
50.0
tm
kNm
Momento resistente della sezione
Essendo MRd>MSLU,vento la verifica è soddisfatta.
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5.2 Verifiche allo SLU delle travi longitudinali – carico neve
Di seguito si riportano le verifiche effettuate sulle travi sotto azione della neve. Considerando il
telaio AA, è presente un carico distribuito pari a qneve = 1.08 kN/m. Amplificando il carico neve con
coefficiente γQi = 1.5, si ottiene qSLU, neve = 1.62 kN/m.
Si analizza il telaio AA e si ottengono i seguenti grafici delle azioni sollecitanti, confrontati con
calcoli a mano. Lo schema statico adottato è quello di pilastri incastrati alla base e trave
orizzontale incernierata ai suoi estremi soggetta a carico verticale uniforme distribuito.
Diagramma del momento flettente
Il momento flettente massimo presente è in mezzeria della trave ed è pari a MSLU,neve = 2 kN m.
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Diagramma dell’azione tagliante
Il momento resistente delle travi HEB 200 è pari a MRd = 142.40 kNm essendo inflesse secondo
l’asse forte, come riportato nella tabella successiva.
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- Verifica flessionale dei profili IPE/HEA/HEB DATI SEZIONE
A
78.08
cm2
n. PROFILO
Peso
61.3
kg/m
1
Jy
5696
cm4
JT
62.1
cm4
Jω
490000
cm6
Wy,el
569.6
cm3
Wy,pl
642.5
cm3
49
DATI MATERIALE
Acciaio
S275
E
206000
N/mm2
EJy
1173
tm2
G
79231
N/mm2
GJT
4.920
tm2
fyd
275
2750
N/mm2
kg/cm2
1900
1.1
kg/cm2
Coefficiente di sicurezza per la resistenza delle membrature
σadm
γM0
Momento resistente
MRd
MRd
14.24
142.40
tm
kNm
Momento resistente della sezione
Essendo MRd>MSLU,neve la verifica è soddisfatta.
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5.3 Verifiche allo SLU delle travi trasversali – carico neve
Di seguito si riportano le verifiche effettuate sulle travi sotto azione della neve. Considerando il
telaio BB, è presente un carico distribuito pari a qneve = 2.66 kN/m. Amplificando il carico neve con
coefficiente γQi = 1.5, si ottiene q SLU,neve = 4 kN/m.
Si analizza il telaio BB e si ottengono i seguenti grafici delle azioni sollecitanti, confrontati con
calcoli a mano. Lo schema statico adottato è quello di pilastri incastrati alla base e trave
orizzontale incernierata ai suoi estremi soggetta a carico verticale uniforme distribuito.
Diagramma del momento flettente
Il momento flettente massimo presente è in mezzeria della trave ed è pari a MSLU,neve = 2 kNm.
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Diagramma dell’azione tagliante
Il momento resistente delle travi HEB 200 è pari a MRd = 142.40 kNm, come riportato
precedentemente.
Essendo MRd>MSLU,neve la verifica è soddisfatta.
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5.4 Verifiche allo SLV (analisi sismica statica)
Di seguito si riportano le verifiche effettuate per le azioni sismiche statiche. Schematizzando i pilastri del
telaio BB come un pendolo inverso, si ipotizza un fattore di struttura q pari a 2 [classe di duttilità bassa per
struttura regolare in altezza (v. Tab 7.5.III)] e lo spettro di progetto ottenuto per SLV è quindi il seguente.
Si esegue un’analisi lineare statica secondo par. 7.3.3.2 delle NTC 2008. Il periodo del modo di
vibrare principale della struttura a pendolo inverso è data da:
T1=C1*H3/4=0.085*(3.10 m)3/4 ≈ 0.2 s.
La forza da applicare in sommità del pilastro in esame è quindi
FH=Sd(T1)*W*λ/g= 0.135 g*1.9 kN*1/g = 0.26 kN.
Si ottiene un momento alla base pari a MSLV= 0.74 kNm.
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6. Connessioni
6.1 Connessioni alla base dei pilastri
Si analizza ora la connessione alla base dei pilastri adatti a resistere al momento flettente e
all’azione tagliante data dal vento.
Il momento flettente massimo presente alla base del pilastro è dato dal carico di vento ed è pari a
MSLU,vento = 6.761 kNm e l’azione tagliante corrispondente è VSLU,vento = 5.669 kN.
Per collegare il pilastro alla fondazione, si ipotizzano 4 ancoranti, il cui tiro massimo è pari a 2.42
kN. Sono ritenuti idonei 4 ancoranti chimici tipo Hilti HVU-HAS M16 con viti 8.8 A.R.
Di seguito è presente un’immagine riguardante la loro disposizione.
6.2 Connessioni tra pilastri e travi
In sommità dei pilastri sono presenti connessioni bullonate pilastro-trave in direzione BB, pilastrotrave in direzione AA e connessioni saldate trave in direzione AA - trave in direzione BB.
Nella tavola in allegato è presente un’immagine riguardante la loro disposizione.
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