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Quali sono i metodi di calcolo per il metodo platform frame?
Doemenico Romano, CS (Ingegnere): Quale metodologia di calcolo bisogna seguire per progettare un edificio in legno con sistema platform frame? Esiste in commercio un manuale\libro o altro con casi di studio simili?
rossano rastelli, RN (non assegnato: studente): Buongiorno, vorrei chiedere la seguente informazione: si possono realizzare edifici con struttura intelaiata di legno? eventualmente qual'è la normativa di riferimento?
fabio pinna, CA (Ingegnere): Vorrei avere informazioni riguardo al platform e ballon frame relativamente alla schematizzazione di calcolo dei listelli in legno lamellare e dei due pannelli in OSB.
Giovanni Maria Tanda, NU (Ingegnere): Vorrei che mi indicaste i titoli di testi specifici riguardanti il calcolo strutturale di edifici di legno a telaio (tamponamenti portanti), in italiano preferibilmente oppure in inglese.
ultimo aggiornamento
05.11.2015 (08.06.2007)
Nr.: 7182
Risposta team esperti :
Le tipologie strutturali della costruzione di legno moderna basate sul principio della costruzione intelaiata sono formate da elementi di superficie (pareti e solai), formati da un telaio ricoperto da fogli di compensato o OSB con funzioni strutturali di stabilizzazione e di lastra. Caratteristica del telaio é l’essere formato da segati di sezione piuttosto ridotta, paralleli tra loro e disposti ad un interasse pure piuttosto ridotto (0,55 fino a 0,70 m nella maggior parte dei casi). I segati assumono la funzione di pilastro nelle pareti (trasmissione delle forze verticali a compressione) e di trave inflessa nei solai, e come tali devono essere dimensionati. La pannellatura assicura la controventatura (effetto lastra) delle pareti e dei solai.
Per una disamina piö generale sulla tecnologia del sistema costruttivo platform frame si rimanda al materiale dei corsi promo_legno già pubblicati in altre risposte (vedi news correlate).
Su principio di dimensionamento dei singoli elementi costruttivi si riporta una breve nota, rimandando ai testi in bibliografia per una disamina piö approfondita.
Dimensionamento dei pannelli di parete e dei solai
Per quanto riguarda il dimensionamento dei pannelli di parete per carichi verticali, tale sistema garantisce il trasferimento delle forze attraverso le membrature del telaio, che lavorano appunto a trave nel solaio e a pilastro nelle pareti.
Di regola l'asse dei pilastri corrisponde con la posizione dell'asse delle travi orizzontali dei solai, in modo da permettere una trasmissione diretta delle forze. La discesa dei carichi verticali è distribuita su tutti i pilastri, ed è quindi anche distribuita su tutta la lunghezza delle pareti. Le aperture nelle pareti richiedono architravi e rinforzi appositi, e possono avere un'influenza anche sulla composizione delle pareti sottostanti.
Il dimensionamento delle pareti per carichi verticali è quindi legato alla verifica per compressione parallela alle fibre e di instabilità dei segati disposti all’interno del telaio. Nella verifica di stabilità occorre tenere presente il reale grado di vincolo dei montanti, che nel piano della parete è determinato dalla presenza dei fogli di controvento, collegati con chiodi disposti ad un certo interasse: di conseguenza maggiore importanza sarà da attribuire alle verifiche di instabilità fuori dal piano della parete. Inoltre, considerando la presenza all’interno del telaio di traversi lignei continui che trasmettono le forze verticali ai montanti ed in fondazione, un’altra verifica molto importante è quella dello schiacciamento per compressione ortogonale alle fibre.
Il dimensionamento dei solai per carichi verticali è legato alla verifica della singola elemento lineare disposto all’interno del solaio che, come detto, lavora come trave inflessa. Anche in questo caso la presenza di un foglio di compensato o di OSB garantisce la stabilizzazione di questa trave nel piano, e occorre tenerne in considerazione nelle verifiche di stabilità .
Per effettuare le verifiche statiche sopra descritte vanno quindi seguite le stesse regole di dimensionamento che si utilizzano per gli elementi lineari di legno (pilastri o colonne).
Per quanto riguarda invece la verifica dei pannelli per forze nel piano, si adottano modelli semplificati diversi per il calcolo dei diaframmi orizzontali e per i diaframmi verticali.
Seguendo le indicazioni dell’ Eurocodice 5, EN 1995-1, si schematizza il comportamento del solaio nel piano come quello di una trave alta su due appoggi, rappresentati dalle pareti d’ambito dove si appoggia il solaio. Le »ali« di questa »trave« sono rappresentate dai cordoli di bordo, progettati per resistere alle azioni normali dovute al momento flettente, mentre l’anima della trave è rappresentata dal rivestimento esterno che assorbe le forze di taglio (si veda figura a lato).
Seguendo le indicazioni dell’ Eurocodice 5, EN 1995-1, si schematizza il comportamento del pannello parete nel piano come quello di una mensola opportunamente vincolata a terra, sollecitata da forze orizzontali trasmesse dagli orizzontamenti o dalle pareti disposte in direzione ortogonale. Per »pannello parete« si intende quella porzione di telaio rivestita (su uno o due lati) da un foglio di rivestimento strutturale (generalmente in compensato oppure in OSB), la cui larghezza deve essere almeno maggiore di un quarto dell’altezza (generalmente le dimensioni di questi elementi sono 1,2 à— 2,4 m). I fogli di rivestimento strutturale svolgono funzione di controventamento del telaio ligneo (che altrimenti sarebbe una struttura non in grado di trasmettere forze orizzontali), e quindi i collegamenti che uniscono il foglio di rivestimento al telaio devono essere progettati per resistere alla trasmissione delle forze orizzontali (si veda figura). La disposizione di fogli di rivestimento con funzione strutturale su entrambi i lati del telaio non è sempre necessaria per garantire il comportamento strutturale del pannello, ma puo essere adottata per aumentare la resistenza a taglio globale del pannello.
La resistenza a taglio delle pareti Rp è quindi funzione della resistenza a taglio del singolo elemento di collegamento Rc, dell’interasse s con cui sono disposti questi collegamenti, della larghezza complessiva b del pannello parete (Rp = b ∙Rc / s). L’Eurocodice 5 prescrive di ridurre questo valore di resistenza con un certo parametro nel caso in cui il rapporto tra base ed altezza sia minore di 0,5.
La verifica dei fogli di rivestimento puo essere trascurata rispettando alcune regole costruttive: l’Eurocodice 5 prescrive una distanza libera massima tra due montanti successivi montanti pari a 100 volte lo spessore del rivestimento, per poter trascurare gli effetti di ingobbamento sui rivestimenti (i montanti interni al pannello parete servono proprio a limitare gli effetti di ingobbamento, oltre che a ricevere una parte dei carichi verticali).
La verifica degli elementi di telaio all’interno del pannello deve essere determinata in accordo con la figura riportata a lato: sui montanti esterni si applica una coppia di forze (di trazione e di compressione) pari a Fv ∙h /b (dove Fv è la forza orizzontale sollecitante il pannello). I montanti esterni devono essere verificati per carico di punta per le sollecitazioni di compressione dovute alle forze di taglio ed ai carichi verticali; devono essere inoltre valutate le compressioni ortogonali alla fibratura degli elementi orizzontali, per effetto di schiacciamenti locali.
La resistenza di una parete costituita da piö pannelli parete deve essere determinata come la sommatoria delle resistenze dei singoli pannelli parete.
Si deve inoltre garantire che le sollecitazioni di taglio che si trasmettono attraverso il pannello siano trasmesse direttamente in fondazione, attraverso una serie di ancoraggi atti a evitare lo scorrimento, e una serie di ancoraggi (hold-down) atti ad evitare il ribaltamento. Questi connettori devono essere disposti a tutti i livelli di piano, per garantire un collegamento tra partizioni orizzontali e verticali, ed una connessione di continuità tra gli elementi verticali.
Prescrizioni costruttive
Diverse prescrizioni costruttive sono contenute al punto 10.8 dell’Eurocodice 5, EN 1995-1, sia per gli elementi di solaio che per gli elementi di parete.
Al fine di poter utilizzare l’analisi semplificata per tetti e solai a diaframma:
- si deve assumere che i pannelli di rivestimento non sostenuti da travi o puntoni siano connessi l’uno all’altro attraverso, per esempio, listelli;
- non si possono utilizzare chiodi a gambo liscio;
- la spaziatura massima dei connettori lungo i bordi dei pannelli di rivestimento è pari a 150 mm (spaziatura massima di 300 mm negli altri posti).
Al fine di poter utilizzare l’analisi semplificata per pareti sollecitate nel piano:
- la spaziatura massima dei connettori lungo i bordi dei pannelli di rivestimento è pari a 150 mm per i chiodi, 200 mm per le viti;
- sui montanti interni la spaziatura massima non deve essere maggiori del doppio della spaziatura lungo il bordo, oppure 300 mm, considerando il valore minimo.
Calcolo edifici in zona sismica
Gli elementi di orizzontamento (i solai), possono essere considerati infinitamente rigidi nel proprio piano se vengono soddisfatte le prescrizioni costruttive contenute nell’Eurocodice 5 già discusse, e le prescrizioni aggiuntive per la zona sismica contenute nell’Eurocodice 8 al punto 8.5.3.
Nell’ipotesi di solaio infinitamente rigido, si possono distribuire le forze sismiche sulle pareti utilizzando i classici metodi (utilizzati anche per altre tipologie costruttive), cioè in funzione delle rigidezze effettive delle pareti, tenendo conto anche degli effetti torsionali dovuti all’eccentricità del centro di applicazione delle forze di piano rispetto al centro delle rigidezze (oltre alle eccentricità aggiuntive previste dalle normative).
La capacità di dissipazione energetica della struttura nel suo complesso puo essere quantificata attraverso il »fattore di struttura«, q, che è il rapporto tra le massime risposte della struttura con comportamento puramente elastico e con comportamento elastoplastico al terremoto eccezionale caratteristico della zona; rappresenta pertanto il fattore di riduzione tra lo spettro di risposta elastico definito genericamente per il sito e lo spettro di progetto della specifica struttura, che sfrutterà le risorse post-elastiche rese disponibili attraverso la progettazione. Il sistema costruttivo platform frame garantisce, grazie alla ridondanza di collegamenti puntuali duttili, un altro grado di duttilità strutturale, che si traduce in un coefficiente di struttura q pari 5 (il valore piö elevato tra i diversi tipo strutturali di legno previsti dalla normativa).
Riferimenti bibliografici
Esiste un grande numero di pubblicazioni in inglese o in tedesco per il progetto ed il calcolo di tali tipologie costruttive tra cui si possono selezionare le seguenti:
Schulze, H, Holzbau. Wände, Decken, Bauprodukte, Dächer, Konstruktionen, Bauphysik, Holzschutz Horst Schulze Teubner Verlag; (2005)
Prion H.G.L., Lam F. Shear Walls and Diaphragms, Timber Engineering, by Thelandersson S., Larsen H.J., pp.. 383- 408, Gen. 2003
Kaellsner B. and Lam, F., (1995) Diaphragms and Shear Walls STEP Lectures, Timber Engineering, STEP/Eurofortech, Centrum Hout, Almere
Libri in italiano sono i seguenti:
che tratta specificatamente il sistema costruttivo
»Ceccotti A., Follesa, M., Lauriola, M. P. (2005), Le strutture di legno in zona sismica, Criteri e regole per la progettazione ed il restauro, Edizioni CLUT, Torino«
In generale sulle strutture in legno
Piazza M., Tomasi R., Modena R. (2005), Strutture in legno - Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove normative europee, Ulrico Hoepli Editore, Milano
Normative:
EN 1995-1-1 2004: Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-1 General rules and rules for buildings
EN 1998-1 2004: Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 1: General rules, seismic action and rules for buildings
modello per solaio caricato nel piano
modello per pannello parete caricato nel piano