Calcolo degli elementi secondari e degli elementi non strutturali

[Betoniera]

Questo è uno degli argomenti poco discussi ma, a mio avviso, abbastanza importanti sulla quale è opportuno soffermarsi.
L'argomento è accennato al punto 7.2.3 delle NTC 2018, senza tuttavia specificare la procedura di calcolo.
In ambito industriale mi sono imbattuto più volte in questo argomento e in un caso c'è stata la richiesta specifica di un Genio Civile sul calcolo degli elementi secondari.
Ma che cosa sono gli elementi strutturali secondari?
Per spiegarlo trovo più semplice ricorrere ad un esempio pratico
Vedi figura sotto.
Ad un serbatoio viene applicato un sostegno che deve reggere un tubo con un carico di 800 kg
Quel carico e quel sostegno non è tale da modificare sostanzialmente il comportamento del serbatoio.
Può, quindi, essere considerato come elemento secondario.


Ma come si calcola l'elemento secondario?.
I carichi verticali li conosciamo, ma come si calcola l'azione sismica?.
L'art. 7.2.3 delle NTC 218 di affidarsi a metodi di comprovata affidabilità.
Ovviamente quali sono questi metodi non lo sappiamo.
Per questo motivo metto da disposizione il metodo che ho utilizzato io che può essere una buona base di discussione.
In prima ipotesi, per calcolare l'azione sismica. si potrebbe pensare di moltiplicare la massa per l'accelerazione massima del sito.
Il ragionamento è sbagliato perchè il modo di vibrare dell'elemento secondario si combina con quello del serbatoio generando delle accelerazioni maggiori di quelle del suolo.
Quindi occorre un metodo che tenga conto di queste cose.
Il DM 2008, a differenza del DM 2018, conteneva una procedura di calcolo che è anche abbastanza facile da applicare
Eccola con l'esempio specifico della figura in alto



Notare che con una accelerazione al suolo di 0,038g otteniamo un accelerazione di 0,20g sull'elemento secondario
A questo punto abbiamo tutti gli elementi necessari per il calcolo sia dell'elemento
Ciao

 

[paolo.scarparo]

Questo è uno degli argomenti poco discussi ma, a mio avviso, abbastanza importanti sulla quale è opportuno soffermarsi.
L'argomento è accennato al punto 7.2.3 delle NTC 2018, senza tuttavia specificare la procedura di calcolo.
In ambito industriale mi sono imbattuto più volte in questo argomento e in un caso c'è stata la richiesta specifica di un Genio Civile sul calcolo degli elementi secondari.
Ma che cosa sono gli elementi strutturali secondari?
Per spiegarlo trovo più semplice ricorrere ad un esempio pratico
Vedi figura sotto.
Ad un serbatoio viene applicato un sostegno che deve reggere un tubo con un carico di 800 kg
Quel carico e quel sostegno non è tale da modificare sostanzialmente il comportamento del serbatoio.
Può, quindi, essere considerato come elemento secondario.
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Ma come si calcola l'elemento secondario?.
I carichi verticali li conosciamo, ma come si calcola l'azione sismica?.
L'art. 7.2.3 delle NTC 218 di affidarsi a metodi di comprovata affidabilità.
Ovviamente quali sono questi metodi non lo sappiamo.
Per questo motivo metto da disposizione il metodo che ho utilizzato io che può essere una buona base di discussione.
In prima ipotesi, per calcolare l'azione sismica. si potrebbe pensare di moltiplicare la massa per l'accelerazione massima del sito.
Il ragionamento è sbagliato perchè il modo di vibrare dell'elemento secondario si combina con quello del serbatoio generando delle accelerazioni maggiori di quelle del suolo.
Quindi occorre un metodo che tenga conto di queste cose.
Il DM 2008, a differenza del DM 2018, conteneva una procedura di calcolo che è anche abbastanza facile da applicare
Eccola con l'esempio specifico della figura in alto

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Notare che con una accelerazione al suolo di 0,038g otteniamo un accelerazione di 0,20g sull'elemento secondario
A questo punto abbiamo tutti gli elementi necessari per il calcolo sia dell'elemento
Ciao

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in realtà anche le ntc 2018 mettono a disposizione gli spettri di piano, sia per edifici a telaio, che per qualsiasi altra struttura. possono intimorire ma alla fine non sono altro che questa formula vestita di coefficienti e lettere greche. mi capita non di rado di progettare staffaggi di impianti (blindosbarre, tubature, condizionatori ecc) oppure le Uta in copertura e compagnia cantante.

mi era capitata una situazione analoga su un serbatoio di un parco petroli (non ho modello e disegni ora. non era un mio progetto diretto) ed avevo provato a modellare a Shell il serbatoio per vedere se i modi di vibrare alla fine fossero sovrapponibili con quelli dello spettro di piano dell'eurocodice (che ancora presenta una formulazione "umana" simile a quella delle NTC08, che palesemente pescavano a piene mani dall'eurocodice)

la sovrapponibilità dei modi di vibrare e della forza sismica era abbastanza buona per geometrie "compatte" ma se si iniziava ad avere pipe rack serpeggianti o edifici strani (il fico di Bologna, aeroporti, ospedali ecc) il modello "globale" e la forzante sismica da normativa erano parecchio diverse, e non sempre a favore di sicurezza la norma. (e qui si apre un altro bel discorso. in scienza e coscienza, quando posso star tranquillo ad usare una formulazione della circolare e quando devo farmi una modellazione globale?)

 

[paolo.scarparo]

una ulteriore questione sugli elementi secondari (un tema che mi affascina molto, quindi ne straparlo) sono le competenze.

se gli staffaggi sono realizzati in cantiere (es castelli in carpenteria metallica per grossi impianti) il progettista determina sia domanda che capacità degli elementi. nel caso in cui vengano utilizzati sistemi prefabbricati (es i vari Fisher/Hilti/wurt ecc ecc) il progettista determina la domanda, ma la capacità è in capo all'installatore, che spesso è un povero cristo che di lavoro fa l'installatore con avvitatore e pistola della resina bicomponente.

è da considerare che tale ditta installatrice dovrà gioco forza o servirsi del proprio ufficio tecnico interno, oppure richiedere una consulenza a dei professionisti per il progetto degli staffaggi...progetto che va pagato, comportando oltre che responsabilità, anche ore di lavoro

 

[paolo.scarparo]

ultimissima cosa e poi mi taccio.

(probabilmente forse è meglio spostare in un altro tipic. chiedo agli admin nel caso di farlo).

un edificio di tipo ospedaliero/alberghiero/industriale spesso ha un valore che è assimilabile al suo contenuto (impianti, mobili, finiture). in genere lo strutturista (e spesso mi ci metto dentro pure io) progetta la struttura considerando quella come stella polare.
poniamo il famoso caso dell'ospedale in California. struttura in calcestruzzo con schema a colonne pendolari, solai in soletta piena post tesa e pareti di taglio (shear Wall) sui nuclei scala/ascensore e nei punti ciechi delle facciate.
dopo la scossa la struttura da fuori sembrava perfettamente operativa, ed in senso stretto, la struttura probabilmente era rimasta in campo elastico o quasi. aveva però una rigidità tale da attirare una accelerazione importante, tale da sfasciare gli impianti, ribaltare tutti i macchinari ospedalieri, i letti. scrivanie e schedari pieni di faldoni ecc ecc. l'ospedale era di fatto inutilizzabile, con un danno per milioni di dollari (pensiamo a quanto costa una TAC o una macchina per RM). probabilmente una progettazione su isolatori. piuttosto che a base fissa, avrebbe filtrato molta dell'energia che si è poi riversata sugli elementi secondari.

volevo solo invitare a riflettere quindi sulla concezione dello schema di una struttura, considerando anche poi la funzione che dovrà assolvere (mi pare che per lo specifico caso in esame impianti+macchinari avessero un valore dell'85% dell'edificio. senza contare tramezze e pavimenti)

 

[el ingeniero]

In ogni caso bisogna comunque modellare anche la struttura sottostante per avere qualcosa di realistico, se non erro... e questa è una cosa non da poco quando la struttura secondaria per il quale si viene pagati è di dimensioni contenute.

 

[paolo.scarparo]

In ogni caso bisogna comunque modellare anche la struttura sottostante per avere qualcosa di realistico, se non erro... e questa è una cosa non da poco quando la struttura secondaria per il quale si viene pagati è di dimensioni contenute.

non necessariamente. il concetto di spettro di piano serve appunto ad evitare di modellare tutta la struttura sottostante

 

[el ingeniero]

Lo spettro di piano consente di tenere in considerazione il differente modo di vibrare delle due strutture?
Nel momento in cui una si deforma verso X e l'altra si sta ancora spostando verso -X cosa succede? Lo chiedo perchè ho usato poche volte lo spettro di piano e una volta lo confrontai con la modellazione di tutto il sistema (serbatoio strutture principale + passerella struttura secondaria) ma la seconda modellazione era molto più penalizzante (non tanto per il serbatoio, quanto per la passerella).

 

[Betoniera]

Nell'esempio che ho riportato sopra il periodo di vibrazione della struttura sottostante è calcolato in modo approssimativo
con la formula indicata al punto 7.3.5 delle NTC 2008.
Quindi non ho modellato la struttura sottostante.
Ovviamente questo non impedisce di modellarla e calcolare più precisamente il periodo di vibrazione.
Ciao.

 

[paolo.scarparo]

Lo spettro di piano consente di tenere in considerazione il differente modo di vibrare delle due strutture?
Nel momento in cui una si deforma verso X e l'altra si sta ancora spostando verso -X cosa succede? Lo chiedo perchè ho usato poche volte lo spettro di piano e una volta lo confrontai con la modellazione di tutto il sistema (serbatoio strutture principale + passerella struttura secondaria) ma la seconda modellazione era molto più penalizzante (non tanto per il serbatoio, quanto per la passerella).

è ovviamente una schematizzazione valida per strutture principalmente regolari (classico telaio con messo in testa un cartello pubblicitario).

la non contemporaneità della cosa (X+ e X- per esempio) si perde comunque sia nella pushover che nella modale spettale (la combinazione CQC o SRSS son comunque quadratiche e perdono il segno). l'unico modo di vedere questa cosa è con dinamiche non lineari in teoria.

per quanto riguarda "quando devo modellare la sottostruttura e quando posso avere una buona approssimazione con gli spettri di piano?". è una domanda da cento milioni di dollari. ovvio che se si ha tempo e gratificazione economica tali da giustificare la modellazione di tutto... è una strada migliore imho.

la cosa buona è riuscire (sempre di più fortunatamente si riesce) a farsi affidare la progettazione degli staffaggi assieme alla struttura generale (con il pagamento di entrambi ovviamente). in questo modo il modello generale c'è "già pronto"

 

[Luca.12]

Questo è uno degli argomenti poco discussi ma, a mio avviso, abbastanza importanti sulla quale è opportuno soffermarsi.
L'argomento è accennato al punto 7.2.3 delle NTC 2018, senza tuttavia specificare la procedura di calcolo.
In ambito industriale mi sono imbattuto più volte in questo argomento e in un caso c'è stata la richiesta specifica di un Genio Civile sul calcolo degli elementi secondari.
Ma che cosa sono gli elementi strutturali secondari?
Per spiegarlo trovo più semplice ricorrere ad un esempio pratico
Vedi figura sotto.
Ad un serbatoio viene applicato un sostegno che deve reggere un tubo con un carico di 800 kg
Quel carico e quel sostegno non è tale da modificare sostanzialmente il comportamento del serbatoio.
Può, quindi, essere considerato come elemento secondario.
Visualizza allegato 984

Ma come si calcola l'elemento secondario?.
I carichi verticali li conosciamo, ma come si calcola l'azione sismica?.
L'art. 7.2.3 delle NTC 218 di affidarsi a metodi di comprovata affidabilità.
Ovviamente quali sono questi metodi non lo sappiamo.
Per questo motivo metto da disposizione il metodo che ho utilizzato io che può essere una buona base di discussione.
In prima ipotesi, per calcolare l'azione sismica. si potrebbe pensare di moltiplicare la massa per l'accelerazione massima del sito.
Il ragionamento è sbagliato perchè il modo di vibrare dell'elemento secondario si combina con quello del serbatoio generando delle accelerazioni maggiori di quelle del suolo.
Quindi occorre un metodo che tenga conto di queste cose.
Il DM 2008, a differenza del DM 2018, conteneva una procedura di calcolo che è anche abbastanza facile da applicare
Eccola con l'esempio specifico della figura in alto

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Notare che con una accelerazione al suolo di 0,038g otteniamo un accelerazione di 0,20g sull'elemento secondario
A questo punto abbiamo tutti gli elementi necessari per il calcolo sia dell'elemento
Ciao

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Ciao,
scusa la domanda ma non riesco a capire un passaggio: (Sa*Wa)/q = (0.20*900)/1 = 180 perchè nel foglio di calcolo viene 176?

 

[Betoniera]

Ciao Luca.12
Perchè il calcolo preciso di Sa è 0,1957 che ho approssimato a 2 decimali 0,20
Il calcolo esatto è quindi 0,1957*900/1 = 176,13.
Anche qui ho tolto i decimali.
Allego comunque il foglio di calcolo per eventuali approfondimenti.
Ciao

 

[quattropassi]

ultimissima cosa e poi mi taccio.

(probabilmente forse è meglio spostare in un altro tipic. chiedo agli admin nel caso di farlo).

un edificio di tipo ospedaliero/alberghiero/industriale spesso ha un valore che è assimilabile al suo contenuto (impianti, mobili, finiture). in genere lo strutturista (e spesso mi ci metto dentro pure io) progetta la struttura considerando quella come stella polare.
poniamo il famoso caso dell'ospedale in California. struttura in calcestruzzo con schema a colonne pendolari, solai in soletta piena post tesa e pareti di taglio (shear Wall) sui nuclei scala/ascensore e nei punti ciechi delle facciate.
dopo la scossa la struttura da fuori sembrava perfettamente operativa, ed in senso stretto, la struttura probabilmente era rimasta in campo elastico o quasi. aveva però una rigidità tale da attirare una accelerazione importante, tale da sfasciare gli impianti, ribaltare tutti i macchinari ospedalieri, i letti. scrivanie e schedari pieni di faldoni ecc ecc. l'ospedale era di fatto inutilizzabile, con un danno per milioni di dollari (pensiamo a quanto costa una TAC o una macchina per RM). probabilmente una progettazione su isolatori. piuttosto che a base fissa, avrebbe filtrato molta dell'energia che si è poi riversata sugli elementi secondari.

volevo solo invitare a riflettere quindi sulla concezione dello schema di una struttura, considerando anche poi la funzione che dovrà assolvere (mi pare che per lo specifico caso in esame impianti+macchinari avessero un valore dell'85% dell'edificio. senza contare tramezze e pavimenti)

Ma non dovrebbe essere la classificazione del rischio PAM a fornire un indicatore sintetico di questo aspetto?

 

[LuckyStarr75]

Lo spettro di piano nella normativa è ovviamente una approssimazione, ritenuta ragionevole. Se un giorno fossimo in grado di condurre delle attendibili e ragionevoli analisi nel dominio del tempo otterremmo per ogni punto la storia temporale delle accelerazioni filtrate dal moto della struttua principale. Da queste accelerazioni si potrebbe poi (questo abbastanza facilmente) dedurre uno spettro per la struttura secondaria (N.B.: a rigore si otterrebbe uno spettro diverso per ogni analisi time history).

 

[paolo.scarparo]

Ma non dovrebbe essere la classificazione del rischio PAM a fornire un indicatore sintetico di questo aspetto?

il Pam non si riferisce ad una statistica del costo di ricostruzione dell'esperienza aquilana principalmente residenziale? (mi pareva fosse derivato da quello come base statistica)

 

[Ale321]

Questo è uno degli argomenti poco discussi ma, a mio avviso, abbastanza importanti sulla quale è opportuno soffermarsi.
L'argomento è accennato al punto 7.2.3 delle NTC 2018, senza tuttavia specificare la procedura di calcolo.
In ambito industriale mi sono imbattuto più volte in questo argomento e in un caso c'è stata la richiesta specifica di un Genio Civile sul calcolo degli elementi secondari.
Ma che cosa sono gli elementi strutturali secondari?
Per spiegarlo trovo più semplice ricorrere ad un esempio pratico
Vedi figura sotto.
Ad un serbatoio viene applicato un sostegno che deve reggere un tubo con un carico di 800 kg
Quel carico e quel sostegno non è tale da modificare sostanzialmente il comportamento del serbatoio.
Può, quindi, essere considerato come elemento secondario.
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Ma come si calcola l'elemento secondario?.
I carichi verticali li conosciamo, ma come si calcola l'azione sismica?.
L'art. 7.2.3 delle NTC 218 di affidarsi a metodi di comprovata affidabilità.
Ovviamente quali sono questi metodi non lo sappiamo.
Per questo motivo metto da disposizione il metodo che ho utilizzato io che può essere una buona base di discussione.
In prima ipotesi, per calcolare l'azione sismica. si potrebbe pensare di moltiplicare la massa per l'accelerazione massima del sito.
Il ragionamento è sbagliato perchè il modo di vibrare dell'elemento secondario si combina con quello del serbatoio generando delle accelerazioni maggiori di quelle del suolo.
Quindi occorre un metodo che tenga conto di queste cose.
Il DM 2008, a differenza del DM 2018, conteneva una procedura di calcolo che è anche abbastanza facile da applicare
Eccola con l'esempio specifico della figura in alto

Visualizza allegato 986

Notare che con una accelerazione al suolo di 0,038g otteniamo un accelerazione di 0,20g sull'elemento secondario
A questo punto abbiamo tutti gli elementi necessari per il calcolo sia dell'elemento
Ciao

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Ciao Betoniera,
a seguire la determinazione dell'azione sismica fatto con il foglio excel per pannelli perimetrali prefabbricati in ca per un capannone prefabbricato.
Nel mio caso, a meno di errori, l'accelerazione al suolo ag = 0,052 e' molto simile all'accelerazione sismica sull'elemento ag=0,08 ...oppure mi son perso un'ordine di grandezza che tra a , a*g e ag faccio un po' di confusione

 

[paolo.scarparo]

Ciao Betoniera,
a seguire la determinazione dell'azione sismica fatto con il foglio excel per pannelli perimetrali prefabbricati in ca per un capannone prefabbricato.
Nel mio caso, a meno di errori, l'accelerazione al suolo ag = 0,052 e' molto simile all'accelerazione sismica sull'elemento ag=0,08 ...oppure mi son perso un'ordine di grandezza che tra a , a*g e ag faccio un po' di confusione

Visualizza allegato 1014

non vedo problemi macroscopici. alla fine se è un capannone, sarà monopiano, quindi la struttura principale farà da filtro ma non così tanto quando può fare una torre di 30piani, quindi è ragionevole avere accelerazioni simili

 

[Trefolo66]

Qui di seguito l'esempio di calcolo della forza sismica su un pannello orizzontale al fine di dimensionare i vincoli (con NTC18):

Per @Ale321: come hai fatto a calcolare il valore di Ta?

 

[Ale321]

Forse ho sbagliato. La struttura prefabbricata l ho modellata e ho messo come Ta il periodo fondamentale del capannone e non del pannello che non conosco. È sbagliato? In fondo il pannello sarà vincolato alla struttura prefabbr. E quindi seguirà il periodo di quella

 

[Trefolo66]

Nella formula per il calcolo del valore di Sa appare il termine Ta/T1 dove Ta è il periodo proprio del pannello mentre T1 è il periodo fondamentale della struttura.

 

[Ale321]

Ok... mi specifichi solo i parametri da inserire x il calcolo del periodo proprio del pannello. Quelli nella formula