convegno tecniche tradizionali e innovative per ...prev.enea.it/2019-10-18...
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Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura
TECNICHE IN ACCIAIO PER IL
CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO
DEGLI EDIFICI
Prof. Ing. Antonio FORMISANO
Università di Napoli ‟Federico II”
CONVEGNO
TECNICHE TRADIZIONALI E INNOVATIVE PER IL
MIGLIORAMENTO E L’ADEGUAMENTO SISMICO
DEGLI EDIFICI
18 Ottobre 2019
Hotel Regina Isabella, Lacco Ameno, Isola di Ischia
E
Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View
TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI
Antonio FORMISANO
Interventi locali Interventi globali
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TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI
Antonio FORMISANO
Progetto DPC-ReLUIS 2019-2021
WP5 “Interventi di rapida esecuzione a basso impatto ed
integrati” - Task 5.1 “Sviluppo di tecniche di intervento a
basso impatto”
STUDIO DELL’IMPIEGO DI ESOSCHELETRI IN ACCIAIO
PER IL RETROFIT SISMICO DI EDIFICI ESISTENTI IN
CEMENTO ARMATO
Responsabile scientifico: Prof. Raffaele Landolfo
Gruppo di lavoro:
Antonio Formisano, Gianmaria Di Lorenzo, Alfredo
Massimilla, Agustina Di Filippo e Eleonora Colacurcio
E
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TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI
Antonio FORMISANO
Contenuti
1. INTRODUZIONE
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
4. METODOLOGIA PROPOSTA
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
6. CONCLUSIONI
Antonio FORMISANO
Generalità
1. INTRODUZIONE
Strategie possibili per il retrofit delle costruzioni esistenti in c.a.
a bassa duttilità e durabilità
Retrofit a
durabilità
Retrofit
sismico
1C
D
NTC 2018
a. Aumento della capacità (C)
b. Riduzione della domanda (D)
a. Conservazione o ripristino della passività
b. Aumento della resistività
c. Controllo e protezione catodica
d. Controllo anodico
C(t)
• Carbonatazione
• Contaminazione
• Correnti indotte
Tipi di intervento
Strategie di
intervento
Approccio
Life -Cycle
UNI EN 1504-9:2008
Approccio
Olistico
Strutturale
&
Sismico
Architettonico
&
Urbanistico
Energetico
&
Ambientale
§8.4.1. Riparazione o
intervento locale
§8.4.2 Miglioramento
§8.4.3 Adeguamento
Meccanismi di corrosione
< anni ‘80
Antonio FORMISANO
Motivazioni
1. INTRODUZIONE
Inquadramento normativo Cosa succede nel caso in cui NON si
possa interrompere il funzionamento
e/o utilizzo della costruzione
§3.4 Strategies to Develop Rehabilitation Schemes
Esempio di controvento
esterno in acciaio //
" "
Antonio FORMISANO
Motivazioni
1. INTRODUZIONE
Inquadramento normativo Cosa succede nel caso in cui NON si
possa interrompere il funzionamento
e/o utilizzo della costruzione
§3.4 Strategies to Develop Rehabilitation Schemes
Esempio di controvento
esterno in acciaio //
Japan Building Disaster Prevention
Association. Standards for evaluation of
seismic capacity and guidelines for
seismic rehabilitation of existing
reinforced concrete building
Tali tecniche di intervento erano già esplicitamente citate nella prima
norma Giapponese del 1977 dedicata alla riabilitazione degli edifici esistenti
in c.a.
Esempio di pareti di taglio
Published 1977, revised 1990
[in Japanese]
E
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TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI
Antonio FORMISANO
Contenuti
1. INTRODUZIONE
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
4. METODOLOGIA PROPOSTA
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
6. CONCLUSIONI
Antonio FORMISANO
Definizione e riferimenti alla biomimesi
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
Definizione
Struttura esistente
Esoscheletro integrale
Esoscheletro parziale
Esoscheletro adattivo
• Sistema adattivo statico
• Sistema adattivo dinamico
Riferimenti
Benyus, J. M., (2002), “Biomimicry. Innovation Inspired by Nature”. 2nd ed William Morrow
and Company, New York, 2002
L’esoscheletro è un sistema “additivo”, opzionalmente “adattivo”,
applicato e collegato dall’esterno alla struttura esistente su una
porzione significativa della sua superficie laterale.
Requisiti
• Additivo (di elementi o sistemi) Intervento globale
• Esterno Fondazioni proprie o collegate alle esistenti
Da non confondere con
gli Endoscheletri
Endoscheletri Esoscheletri
• Porzione significativa Corretto trasferimento delle azioni
• Adattivo Capacità di adattarsi alle trasformazioni della costruzione
Integrale o parziale
Antonio FORMISANO
Prerogative
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
Gli esoscheletri, per la loro naturale inclinazione, si integrano con l'involucro mediante addizioni laterali
(seconda pelle) e consentono di effettuare, implementando la VISIONE OLISTICA in chiave LIFE CYCLE,
un RETROFIT GLOBALE (DEEP RENOVATION), ovvero strutturale, energetico e formale/funzionale.
• Incremento di portanza (resistenza e rigidezza) e duttilità, se
accuratamente progettati in modo da sacrificarsi prima della
struttura esistente(*)
• Incremento di sicurezza rispetto a tutti i principali stati limite,
ovvero SLV (SLC) e SLD (SLO)
• Miglioramento del comportamento locale (nodi non confinati)
per evitare la prematura attivazione di meccanismi fragili
Performance Based Seismic
Design (PBSD)
Prerogative
strutturali
Riferimenti
(*) Badoux, M., Jirsa, J.O., (1990). “Steel
Bracing of RC Frames for Seismic
Retrofitting”, Journal of Structural
Engineering, 116 (1), 55-74.
Classe di rischio
sismico
10%
50%
100%
1% 5% 10%
PAM (% CR)
λ = 1 / Tr
SLC
SLV
SLD
SLO
e riduzione del PAM (riduzione della classe di rischio sismico)
Antonio FORMISANO
• Incremento di portanza (resistenza e rigidezza) e duttilità,
se accuratamente progettati in modo da sacrificarsi prima
della struttura esistente (*)
• Incremento di sicurezza rispetto a tutti i principali stato
limite ovvero SLV (SLC) e SLD (SLO) e riduzione del PAM
(incremento della classe di rischio)
• Può migliorare anche il comportamento locale (nodi non
confinali) e la prematura attivazione di meccanismi fragili
• Può essere utilizzato anche preliminarmente per opere di
salvaguardia per la messa in sicurezza di strutture
danneggiate da eventi sismici
• Può incrementare la durabilità ovvero la vita
residua modificando la classe di esposizione delle
parti più degradate
Prerogative
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
Gli esoscheletri per la loro naturale inclinazione ad integrarsi con l'involucro di addizioni laterali (seconda
pelle) consentono di effettuare, implementando la VISIONE OLISTICA in chiave LIFE CYCLE,
un RETROFIT GLOBALE (DEEP RENOVATION), ovvero strutturale, energetico e formale/funzionale.
Prerogative
strutturali
Prerogative
architettoniche
• Addizione laterale per adeguamento funzionale
• Nuovo involucro (doppia pelle) per retrofit
formale
• Applicati su interi comparti possono inoltre
favorire la rigenerazione urbana (aumento di
valore)
Prerogative
ambientali
• Retrofit energetico attraverso il nuovo
involucro (incremento di classe energetica)
• Intervento reversibile, realizzato con materiali
riciclabili (ipoetsi di sistema stratificato a secco
con struttura in carpenteria metallica)
Classe energetica
Antonio FORMISANO
• Incremento di portanza (resistenza e rigidezza) e duttilità,
se accuratamente progettati in modo da sacrificarsi prima
della struttura esistente (*)
• Incremento di sicurezza rispetto a tutti i principali stato
limite ovvero SLV (SLC) e SLD (SLO) e riduzione del PAM
(incremento della classe di rischio)
• Può migliorare anche il comportamento locale (nodi non
confinali) e la prematura attivazione di meccanismi fragili
• Può essere utilizzato anche preliminarmente per opere di
salvaguardia per la messa in sicurezza di strutture
danneggiate da eventi sismici
• Può incrementare la durabilità ovvero la vita
residua modificando la classe di esposizione delle
parti più degradate
Prerogative
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
Gli esoscheletri per la loro naturale inclinazione ad integrarsi con l'involucro di addizioni laterali (seconda
pelle) consentono di effettuare, implementando la VISIONE OLISTICA in chiave LIFE CYCLE,
un RETROFIT GLOBALE (DEEP RENOVATION), ovvero strutturale, energetico e formale/funzionale.
Riferimenti
EN 206:2013+A1:2016 Concrete - Specification, performance,
production and conformity
Prerogative
strutturali
Prerogative
architettoniche
• Addizione laterale per adeguamento funzionale
• Nuovo involucro (doppia pelle) per retrofit
formale
• Applicazione su interi comparti può inoltre
favorire la rigenerazione urbana (aumento di
valore)
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TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI
Antonio FORMISANO
Contenuti
1. INTRODUZIONE
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
4. METODOLOGIA PROPOSTA
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
6. CONCLUSIONI
Antonio FORMISANO
Concezione strutturale
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Concezione strutturaleFasi operative
Scelta
Tipologica
Step 2
Scelta
Tecnologica
Step 1
Materiale per
impiego
strutturale
Schema
resistente
ed
elementi
Scelta
dimensionale
Step 3Dimensione di
primissimo tentativo con
rapporti di forma
(Pre-dimensionamento)
Antonio FORMISANO
Scelta del materiale per impiego strutturale (1° step)La scelta del tipo di acciaio (scelta tecnologica interna) avviene a 4 Livelli
Scelta
Tipologica
Step 2
Scelta
Tecnologica
Step 1
Materiale per
impiego
strutturale
Schema
resistente
ed
elementi
Scelta
dimensionale
Step 3Dimensione di
primissimo tentativo
con rapporti di forma
(Pre-dimensionamento)
S (ReH) (KV(T)) +(Z) +(X)
Designazione EN 10027-1 Cat.1
Liv.4
Requisiti speciali
Classe di qualità (nella
direzione dello spessore)
Sub-Grado (Resilienza)Liv.3
Liv.2 Grado (Resistenza)
Tipo di Lega
EN 1993-1-10:2005
Liv.1
Concezione strutturale
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
0
Antonio FORMISANO
Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step)La scelta tipologica può essere eseguita a 5 Livelli
Scelta
Tipologica
Step 2
Scelta
Tecnologica
Step 1
Materiale per
impiego
strutturale
Schema
resistente
ed
elementi
Scelta
dimensionale
Step 3Dimensione di
primissimo tentativo
con rapporti di forma
(Pre-
dimensionamento)
0
0
Globale (Liv. I III)
Locale (Liv. IVV)
Schema resistente
Membrature e dispositivi di vincolo
Concezione strutturale
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Antonio FORMISANO
Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step): Livello IModalità di resistere alle azioni orizzontali (a livello di sistema)
Esoscheletri 3DEsoscheletri 2D
Gusci
• Membrane continue
• Membrane reticolari
a semplice (ad es.
Gridshell) o doppio
strato
Scatolari
• Nuclei a parete piena
• Nuclei con grigliati a
semplice (ad es.
Diagrid) o doppio
strato
Pareti di taglio
• Pareti piene
• Pareti reticolari
Pareti di taglio //
• Pareti piene
• Pareti reticolari
Diagrid
Gridshell
Concezione strutturale
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Antonio FORMISANO
Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step): Livello IModalità di resistere alle azioni orizzontali (a livello di sistema)
Esoscheletri 3DEsoscheletri 2D
Gusci
Pareti di taglio
Concezione strutturale
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Scatolari
Pareti di taglio //
Antonio FORMISANO
Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step)
Controventi Concentrici
(Concentrically Braced
Frames)
CBF
Livello Ib:
Modalità di resistere alle azioni
orizzontali (a livello di sistema)
Livello III:
Configurazione aste di parete
(casi tipici di CBF)
Controventi Eccentrici
(Eccentrically Braced
Frames)
EBF
Controventi ad istabilità
impedita (Buckling
Resisting Frames)
BRB
A croce di S.
Andrea
(X-bracing)
CBF_X
A V rovecia
(Chevron
Braces)
CBF_
v
A portale
(Gate or Portal
Braced)
CBF_P
Pareti di taglio
Pareti di taglio //
Livello II:
Regime di sollecitazione
dominante (a livello di elementi)
Teali a nodi rigidi
(Moment Resisting
Frames)
MRF
vA K
(K-bracing)
CBF_K
Concezione strutturale
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Antonio FORMISANO
Scelta del sistema resistente e degli elementi (2° step)
Livello IV:
Tipo di sezioni
Livello V:
Link/Ancoraggi e Dispositivi di
trasferimento delle azioni
IPE HE UPN-UPE
CHS SHS RHS
Pro
fili
ap
ert
iP
rofili
ca
vi
Pro
fili
com
posti
Aste imbottite Aste calastrellate
RIGIDI
(e.g. Hinge and
Pin Connections)
A DISSIPAZIONE
AGGIUNTIVA/
(e.g. damping
devices)
Y
Z
All’interfaccia con la
fondazione
All’interfaccia con la
struttura in elevazione
RIGIDI
(e.g. Hinge
and Pin
Connections)
A DISSIPAZIONE
AGGIUNTIVA/
(e.g. damping
devices)
• Efficienza strutturale a compressione
• Estetica
• Sicurezza nei confronti di urti accidentali
Confrontando il sistema a base fissa (rigida) con
quello con dispositivi a smorzamento addizionale è
possibile osservare una riduzione del taglio alla
base ed aumento degli spostamenti (assoluti e
relativi) spesso non compatibili con le capacità duttili
della struttura esistente
Retrofit con
interventi locali
Concezione strutturale
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Antonio FORMISANO
Scelta dimensionale (3° step)
Scelta
Tipologica
Step 2
Scelta
Tecnologica
Step 1
Materiale per
impiego
strutturale
Schema
resistente
ed
elementi
Scelta
dimensionale
Step 3Dimensione di primissimo
tentativo con rapporti di forma
(Pre-dimensionamento)
0
Consiste nell’assegnare, nota la luce L, una dimensione di primo tentativo D (ad
es. l’altezza) attraverso dei rapporti di forma longitudinali (o gli inversi span/depth
ratio rDL-1) derivati dall’esperienza ovvero per dedotti per analogia strutturale
(analisi di strutture simili) (©Di Lorenzo & Landolfo)
Concezione strutturale
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Antonio FORMISANO
li
hi
Consiste nell’assegnare, nota la luce L, una dimensione di primo tentativo D (ad
es. l’altezza) attraverso dei rapporti di forma longitudinali (o gli inversi span/depth
ratio rDL-1) derivati dall’esperienza ovvero per dedotti per analogia strutturale
(analisi di strutture simili) (©Di Lorenzo & Landolfo)
Scelta dimensionale (3° step)
Scelta
dimensionale
Step 3Dimensione di primissimo
tentativo con rapporti di
forma
(Pre-dimensionamento)
DLD r L
Rapporti di forma r
Globali
Locali iLoc
i
hr
l
Glob
Br
H B=D B=D
H=L
Esoscheletri 2D
NON
RASTREMATI
Esoscheletri 2D
RASTREMATI
(linearmente)
max min
2
B BB D
B=D
Concezione strutturale
3.FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Antonio FORMISANO
Nomenclatura
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Finalità
E’ quella di sintetizzare l’intero processo di concezione strutturale e favorire
la catalogazione degli esoscheletri, utile quest’ultimo per fornire spunti
progettuali e favorire l’eventuale industrializzazione di questi sistemi.
Step 1
Liv. III
Liv. Ia
Scelta
Tecnologica
Liv. I
Liv. II
Step 2
Scelta
Tipologica
Liv. Ib
Liv. II
Liv. III
SistemaTipo acc.
Grado
Sub-Grado
Orientamento o
Forma
Tipologia (regime di
sollecitazione)
Sigla Intervento
Disposizione
aste di parete
Nomenclatura (Parte principale)
Liv. IVTipo di
sezioni
Liv. VDispositivo di
ancoraggio
Scelta del
materialeScelta dello
schema
Acciaio per impiego
strutturale
(EX) (S ReH-Kv) (2D - 3D) (// - ) (CBF-EBF-BRB-MRF) (X--P-K) (HE-HS) (R-D)
Antonio FORMISANO
Nomenclatura
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
Finalità
(EX) (rGlob) (rLoc) (nE_X, nE_Y) (FX, FY, FZ) (X, Y)
Step 3
Scelta
Dimensionale
Rapporto di
forma globale
Sigla Intervento
Nomenclatura (Parte secondaria)
E’ quella di sintetizzare l’intero processo di concezione strutturale e favorire
la catalogazione degli esoscheletri, utile quest’ultimo per fornire spunti
progettuali e favorire l’eventuale industrializzazione di questi sistemi.
Glob
Br
H
Dimensione/forma di
primo tentativo
iLoc
i
hr
l
Rapporto di
forma locale
Rapporti di forma
Percentuale
di riempimento
E_i
i
L_i
A
A
Numero
elementi
in direzione i
nE_i
Frequenza
E_i
i
Grid_i
nF
n
E
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TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI
Antonio FORMISANO
Contenuti
1. INTRODUZIONE
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
4. METODOLOGIA PROPOSTA
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
6. CONCLUSIONI
Antonio FORMISANO
Definizione della vulnerabilità sismica
4. METODOLOGIA PROPOSTA
Riferimenti
§ 7.8.1 NTC 2018
Faella, C., Martinelli, E, Nigro, E., 2004. Seismic assessment and retrofitting of R.C. existing buildings, Proc.
of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, paper no 84
Valutazione della vulnerabilità sismica della
struttura esistente secondo il Metodo N2-CSM1
Calcolo della rigidezza laterale globale della
struttura dotata di esoscheletro Kd:
Kd = F∗
e
𝛥 ∗tar= 𝑚∗. 𝑆𝐴𝐷𝑅𝑆 𝛥 ∗tar
𝛥 ∗tar
3
Calcolo della rigidezza laterale globale della
struttura esistente KES:
KES = F∗yd∗y
4
Calcolo della rigidezza laterale globale
dell’esoscheletro KESO:
KESO = 𝐾𝑑 − 𝐾𝐸𝑆
5
Definizione degli obiettivi prestazionali imponendo
lo spostamento di target 𝛥 *tar della struttura pari a:
𝛥 *tar≤ d*
y
2
1
Legame generalizzato Forza-Spostamento:
Sistema equivalente ad un grado di libertà:
MDOF SDOF
Str
en
gth
First brittle failure
First ductile failure
SDOF capacity curve
Displacement
Forz
a
Prima crisi fragile
Prima crisi duttile
Curva di capacità dello SDOF
Spostamento
Curva di capacità bilinearizzata
Antonio FORMISANO
Definizione degli obiettivi prestazionali
4. METODOLOGIA PROPOSTA
Riferimenti
Faella, C., Martinelli, E, Nigro, E., 2004. Seismic assessment and retrofitting of R.C. existing buildings, Proc.
of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, paper no 84
Valutazione della vulnerabilità sismica della
struttura esistente secondo il Metodo N2-CSM1
Calcolo della rigidezza laterale globale della
struttura dotata di esoscheletro Kd:
Kd = F∗
e
𝛥 ∗tar= 𝑚∗. 𝑆𝐴𝐷𝑅𝑆 𝛥 ∗tar
𝛥 ∗tar
3
Calcolo della rigidezza laterale globale della
struttura esistente KES:
KES = F∗yd∗y
4
Calcolo della rigidezza laterale globale
dell’esoscheletro KESO:
KESO = 𝐾𝑑 − 𝐾𝐸𝑆
5
Definizione degli obiettivi prestazionali
imponendo lo spostamento di target 𝛥 *tar della
struttura pari a:
𝛥 *tar≤ d*
y
22
Definizione dello spostamento di target nel piano ADRS:
Curva di capacità
Spettro di risposta
Crisi flessionale
Crisi tagliante Spostamento di target
020 4 6 8 10 12
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
14 16
Sa (g)
Sd (cm)
Accelerazione
Spostamento
Richiesta elastica
• La scelta dello spostamento di target 𝛥 ∗tar definisce
la richiesta sismica globale della struttura in seguito
all’intervento.
• Per evitare rotture fragili nella struttura esistente, lo
spostamento di target 𝛥 ∗tar è fissato inferiore al
corrispondente valore per cui si verifica la prima crisi
fragile.
Antonio FORMISANO
Calcolo delle rigidezze
4. METODOLOGIA PROPOSTA
Riferimenti
Faella, C., Martinelli, E, Nigro, E., 2004. Seismic assessment and retrofitting of R.C. existing buildings, Proc.
of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6, paper no 84
Valutazione della vulnerabilità sismica della
struttura esistente secondo il Metodo N-21
Calcolo della rigidezza laterale globale della
struttura dotata di esoscheletro Kd:
Kd = F∗
e
𝛥 ∗tar= 𝑚∗. 𝑆𝐴𝐷𝑅𝑆 𝛥 ∗tar
𝛥 ∗tar
3
Calcolo della rigidezza laterale globale della
struttura esistente KES:
KES = F∗yd∗y
4
Calcolo della rigidezza laterale globale
dell’esoscheletro KESO:
KESO = 𝐾𝑑 − 𝐾𝐸𝑆
5
Definizione degli obiettivi prestazionali imponendo
lo spostamento di target 𝛥 *tar della struttura pari a :
𝛥 *tar≤ d*
y
2
Il calcolo della rigidezza laterale globale Kd è valida
nell’ipotesi di:
• Equivalenza della massa prima e dopo l’intervento
e invarianza dei coefficienti di partecipazione
modale;
• Equivalenza fra lo spostamento di snervamento
dell’esoscheletro e quello della struttura esistente.
3
-
𝐾𝐸𝑆 KESOKd
=
4
5
Antonio FORMISANO
Procedura di regolarizzazione
4. METODOLOGIA PROPOSTA
La rigidezza laterale globale dell’esoscheletro ottenuta è
poi distribuita localmente ad ogni livello:
La distribuzione di primo tentativo conserva i
caratteri di regolarità della struttura esistente.
Perciò la procedura di regolarizzazione viene
applicata per:
• modificare la distribuzione iniziale
• correggere le irregolarità strutturali della
costruzione esistente.
Riferimenti
§ 7.2.1 NTC 2018
Ponzo, F.C., Di Cesare, A., Arleo, G., Totaro, P., 2010. Protezione sismica di edifici esistenti con controventi
dissipativi di tipo isteretico: aspetti progettuali ed esecutivi, Progettazione sismica, 1-2010, Eucentre Press.
Calcolo del fattore di sovrarigidezza globale:
r = KESO
KES
3
2 Calcolo della rigidezza di piano della struttura
esistente KES,i
Calcolo della rigidezza di piano di primo
tentativo dell’esoscheletro:
KESO,i = r∙ KES,i
Procedura di regolarizzazione:
• if 𝐊𝐝,𝐢𝐣> 𝟎, 𝟑
𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖𝑗
= 0,7 ∙ 𝐾𝑑,𝑖−1𝑗−1
− 𝐾𝐸𝑆,𝑖
• if 𝑲𝒅,𝒊𝒋
< −𝟎, 𝟏
𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖𝑗
=𝐾𝑑,𝑖𝑗−1
1,1−𝐾𝐸𝑆,𝑖 -1
• if −𝟎, 𝟏 ≤ 𝑲𝒅,𝒊𝒋
≤ 𝟎, 𝟑
𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖𝑗
= 𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖𝑗−1
𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖−1𝑗
= 𝐾𝐸𝑆𝑂,𝑖−1𝑗−1
44
1
KESO
KESO
KESO
KESO
KESO
E
Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View
TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI
Antonio FORMISANO
Contenuti
1. INTRODUZIONE
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
4. METODOLOGIA PROPOSTA
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
6. CONCLUSIONI
Antonio FORMISANO
Documentazione
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
Scuola primaria ‘Pietro Santini’L’edificio oggetto di studio è tipico del costruito italiano degli anni sessanta progettato per resistere ai soli
carichi gravitazionali. Infatti, il comune di Loro Piceno è stato classificato come sismico solo all’inizio degli
anni ottanta.
• Luogo: Loro Piceno (MC)
• Anno di costruzione: 1965
y
x y
xy
x
LIVELLO DI CONOSCENZA 2 (LC2)
Fonte: Google Street View
Fonte: Google Street View
• Materiale di base: Piante e prospetti;
Analisi diagnostiche;
Prove sui materiali.
Antonio FORMISANO
Stato di fatto
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
Sistema strutturaleL’edificio presenta una pianta di forma rettangolare, con una piccola sporgenza sul lato Est, e si sviluppa
su tre livelli.
trasversali d’estremità.
monodirezionali, paralleli al prospetto
d’ingresso principale
y
x
La struttura è realizzata in calcestruzzo
armato con solai latero-cementizi.
Presenta telai (MRF):
Il corpo scala è in posizione eccentrica. La
disposizione dei setti in direzione ortogonale
rispetto a quella dei telai garantisce un’ottimale
distribuzione delle rigidezze.
Antonio FORMISANO
Valutazione della vulnerabilità sismica
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
Valutazione strutturale dell’edificio esistente
L’analisi del diagramma forza-spostamento del sistema MDOF mostra che la prima crisi duttile insorge
in campo plastico e per ampi spostamenti.
La prima crisi fragile insorge invece in campo elastico e per piccoli spostamenti.
Crisi duttile
Crisi fragile
Curva di capacità del sistema MDOF ante operam
Accel x
Modal x
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0,00
0
V (kN)
Forza di taglio
dc (m)
Spostamento0,025 0,075 0,1000,050 0,125
Accel y
Modal y
Antonio FORMISANO
Valutazione della vulnerabilità sismica
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
Carenze strutturaliPoiché l’edificio caso studio è sede di una scuola primaria la struttura viene classificata come ordinaria
– Vn: 50 anni - e con affollamenti significativi – classe d’uso III.
• Classe d’uso: III (§2.4.2)
• Classe di sottosuolo: B (§3.2.2)
• Classe topografica: T1 (§3.2.2)
• Periodo di riferimento: 75 anni (§2.4.3)
Curva di capacità della struttura ante operam nel piano ADRS in direzione x
Richiesta elastica
Spettro di risposta
0
20 4 6 8 10 12
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
14 16
Sa (g)
Sd (cm)
Accelerazione
Spostamento
Accel x
Modal x
Crisi flessionale
Crisi tagliante
Antonio FORMISANO
Valutazione della vulnerabilità simica
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
Carenze strutturaliPoiché l’edificio caso studio è sede di una scuola primaria la struttura viene classificata come ordinaria
– Vn: 50 anni - e con affollamenti significativi – classe d’uso III.
• Classe d’uso: III (§2.4.2)
• Classe di sottosuolo: B (§3.2.2)
• Classe topografica: T1 (§3.2.2)
• Periodo di riferimento: 75 anni (§2.4.3)
Curva di capacità della struttura ante operam nel piano ADRS in direzione x
• Come è tipico nelle strutture in c.a.,
l’indice di rischio relativo alla prima
crisi duttile è maggiore dell’unità.
• Invece lo spostamento capace a taglio
risulta minore dello spostamento
richiesto. L’indice di rischio in questo
caso è minore dell’unità.
• La struttura è inadeguata a sopportare
lo spostamento richiesto.
Richiesta elastica
Spettro di risposta
0
20 4 6 8 10 12
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
14 16
Sa (g)
Sd (cm)
Accelerazione
Spostamento
Accel x
Modal x
Crisi flessionale
Crisi tagliante
Antonio FORMISANO
Progettazione dell’intervento di retrofit
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
Soluzione propostaLa disposizione degli esoscheletri per ogni facciata ha considerato i limiti architettonici e funzionali
della struttura esistente.
Livello IICBF
Livel IIICBF_X
Livello IVCHS
L’esoscheletro è stato disposto in aderenza alla struttura, se
consentito dalla morfologia dell’edificio, o ad una distanza tale
da permettere il regolare utilizzo dei balconi e la libera apertura
degli infissi.
Livello I2//
Antonio FORMISANO
Risultati
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
Curve di pushoverDal confronto delle curve di pushover prima e dopo l’intervento si evidenzia un significativo aumento della
forza e della rigidezza laterale globale.
Curva di capacità del sistema MDOF post operam
0,000 0,025 0,075 0,1000,050 0,125 dc (m)Spostamento
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0
V (kN)Forza di taglio
Accel y
Modal y
Accel x
Modal x
Antonio FORMISANO
Risultati
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
Verifica dell’interventoDal confronto delle curve di pushover prima e dopo l’intervento si evidenzia un significativo aumento della
forza e della rigidezza laterale globale.
Inseguito all’intervento di retrofit, la struttura soddisfa i requisiti nei
riguardi degli SLE e SLU.
Curva di capacità della struttura post operam nel piano ADRS in direzione x
Sd (cm)
Accelerazione
Spostamento0
20 4 6 8 10 12
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
14 16
0,1
Richiesta elastica
Spettro di risposta
Accel y
Modal y
Sa (g)
E
Hospital Ángeles Clínica Londre, Cittàdel Messico, MessicoFonte: Google Street View
TECNICHE IN ACCIAIO PER IL CONSOLIDAMENTO ED IL MIGLIORAMENTO DEGLI EDIFICI
Antonio FORMISANO
Contenuti
1. INTRODUZIONE
2. DEFINIZIONE DI ESOSCHELETRO E SUE PREROGATIVE STRUTTURALI
3. FAMIGLIE TIPOLOGICHE
4. METODOLOGIA PROPOSTA
5. CASO STUDIO: Scuola primaria “P. Santini”
6. CONCLUSIONI
Antonio FORMISANO
6. CONCLUSIONI
L’uso di strutture addizionali esterne è di grande attualità, non solo perché rappresenta
l’unica strategia applicabile senza interrompere l’operatività della struttura ma anche per
la possibilità di effettuare un retrofit integrale dell’edificio, migliorandone le prestazioni
strutturali, architettoniche e ambientali.
L’applicazione di tale sistema all’edificio sede della scuola primaria “P.Santini” dimostra
che gli esoscheletri rappresentano una soluzione efficace per incrementare resistenza e
rigidezza della struttura esistente.
Antonio FORMISANO
6. CONCLUSIONI
Grazie per la cortese l’attenzione
Antonio Formisano, Ph.D., Eng.
Aggregate Professor of Structural Design
Department of Structures for Engineering and
Architecture
Piazzale Tecchio, 80 - 80125 Naples
phone +39 081 7683438
fax +39 081 5934792
mob. phone +39 3283764051
e-mail: [email protected]
Per maggiori informazioni:
Università di Napoli
Federico II
Dipartimento di Strutture
per l’Ingegneria e
l’Architettura