Tecnologia Xlam per un complesso residenziale di 7 piani: modellazione e calcolo degli ancoraggi

Thomas Schrentewein - Lignaconsult - Schrentewein & Partner - Bolzano 20/04/2018 6868

Complesso residenziale per 88 alloggi a Firenze: 7 piani con struttura in legno

IL PROGETTO ARCHITETTONICO

L´intervento si inserisce in un contesto di riqualificazione urbana attuato dal Comune di Firenze. Nello specifico, si tratta di un intervento di demolizione e successiva ricostruzione, con contestuale riorganizzazione urbanistica dell´area situata fra Via Torre degli Agli e Via del Giardino della Bizzarria.

I due edifici preesistenti furono edificati negli anni ´50, ospitavano 64 alloggi di dimensioni medio-piccole, la loro progettazione prevedeva una durata limitata nel tempo. Da un punto di vista strutturale, erano di tipo tradizionale con pareti in muratura portante e solai in latero-cemento.

Nel corso del 2010, è stata proprio la constatazione del degrado strutturale che affliggeva tali edifici, monitorato negli anni precedenti, che ha condotto l´Amministrazione Comunale a prendere i dovuti provvedimenti. La stima dei costi necessari per una ristrutturazione e messa in sicurezza, a fronte di quella per una demolizione e ricostruzione, ha portato a prediligere e attuare questa seconda ipotesi.

Tecnologia Xlam per un complesso residenziale di 7 piani: il calcolo degli ancoraggi

Figura 1: Contesto urbano (Fonte: Casa Spa)

Il Comune di Firenze, tramite il soggetto gestore dell´E.R.P., di proprietà dei 33 Comuni dell´Area Fiorentina, Casa S.p.A., ha quindi elaborato una proposta di intervento in tal senso, prevedendo anche un aumento del numero di alloggi.

IL PROGETTO ARCHITETTONICO-URBANISTICO

Il nuovo edificio prevede la realizzazione di 88 alloggi. La sua conformazione è di tipo in linea al fine di conciliare le esigenze funzionali, quali numero minimo di alloggi e posti auto, con quelle urbanistiche. In particolare, per queste ultime, si intende la necessità di avere precise possibilità di passaggio e percorso all´interno dell´area.

Il progetto prevede la realizzazione di due piani interrati, ospitanti autorimesse, canti-ne e locali tecnici e sette piani fuori terra che ospitano gli 88 alloggi, oltre agli spazi funzionali e servizi presenti al piano terra.

I piani interrati sono stati concepiti in modo da avere una continuità planimetrica; quelli fuori terra, invece, formano quattro distinti volumi: due corpi di fabbrica in linea e due a torre. Funzionalmente risultano collegati da passerelle coperte, presenti ad ogni piano.

Tecnologia Xlam per un complesso residenziale di 7 piani: il calcolo degli ancoraggi 

Figura 2: Piante e sezione (Fonte: Casa Spa)

Alla base della progettazione vi è l´obiettivo di realizzare un edificio ad Energia quasi Zero (NZEB).

Nel complesso è quindi stato creato un edificio altamente prestante a bassissimo fabbisogno energetico, sia per il raffrescamento sia per il riscaldamento, garantito da fonte rinnovabile. Oltre alle soluzioni di “atri solari”,  pannelli fotovoltaici, muri di Trombe-Michel, pannelli frangisole scorrevoli, un contributo essenziale viene dato dalla conformazione pacchetto murario, che per le opere in elevazione è costituito strutturalmente da pannelli X-LAM.

IL PROGETTO STRUTTURALE

La parte interrata ed il piano terra sono realizzati in c.a. mentre le restanti strutture in elevazione sono in legno, tecnologia tipo X-LAM. A compendio della struttura lignea, sono presenti elementi di carpenteria metallica per balconi, passerelle e velette di copertura.

Ogni interpiano ha altezza di 3,30 m; la copertura è piana e raggiunge una quota di ca. 24,5 m rispetto al piano di campagna ed è in parte destinata a supportare elementi impiantistici, fra cui pannelli fotovoltaici e solaio di copertura.

La configurazione planimetrica è strutturalmente a blocchi indipendenti collegati tra loro con passerelle.

Tecnologia Xlam per un complesso residenziale di 7 piani: il calcolo degli ancoraggi

Figura 3: Planimetria esplicativa

Per quanto riguarda le opere in cemento armato, le strutture di elevazione sono costituite fondamentalmente da un sistema di pareti in c.a. portanti, presenti sia nella parte interrata che in quella fuori terra. Esse sono a supporto di solai, anch’essi realizzati in getto pieno di calcestruzzo, ad eccezione del primo impalcato fuori terra, previsto in latero-cemento prefabbricato.

LE STRUTTURE IN LEGNO

La struttura in X-LAM in elevazione è di tipo scatolare a setti portanti. Tutti i piani hanno la stessa configurazione in pianta dei setti, quindi, è stata mantenuta una per-fetta regolarità in altezza. 

I pannelli di parete hanno spessori variabili: dai 160 mm dei primi due livelli, per arrivare ai 100 mm, degli ultimi due; in generale gli elementi di parete sono elementi monolitici, giuntati solo in corrispondenza delle pareti ad essi perpendicolari.

I solai hanno uno spessore di 240 mm, costante ad ogni livello di impalcato. In corrispondenza delle aperture maggiori sono presenti architravi di legno lamellare, mentre solo localmente, all´interno dei solai, sono presenti alcune travi principali di acciaio.

LA MODELLAZIONE NUMERICA

La modellazione delle strutture è stata svolta analizzando separatamente, ma in modo coerente, la sottostruttura in C.A. e le opere in elevazione di legno. 

In riferimento alle strutture in legno sono stati elaborati dei modelli numerici dinamico lineari con Sismicad, un programma di calcolo FEM.

Essendo i blocchi indipendenti l´uno dall´altro, sono state svolte quattro distinte analisi, definendo in modo univoco i parametri caratterizzanti l´azione sismica, nonché i carichi superficiali presenti.

Con tale approccio si è riusciti sia ad ottenere una risposta modale per ogni singolo blocco in elevazione.

Per strutture in legno di queste dimensioni, il cui sviluppo in elevazione è importante, particolare attenzione va posta nella modellazione della rigidezza dei giunti fra i pannelli X-LAM: questo aspetto determina in modo sostanziale il comportamento deformativo dell´edificio.

Per le pareti, sono stati implementati nel modello numerico i valori del modulo di scorrimento in corrispondenza dei bordi, sia orizzontali, sia verticali, calcolati per la tipologia di connessione realmente adottata.

Per gli impalcati, invece, tramite un software specifico è stato modellato nel dettaglio un solaio “tipo” al fine di poter definire, nel modello globale, una serie di piastre equivalenti che tengano in conto la deformabilità della connessione reciproca fra pannelli.

IL CALCOLO SISMICO

La struttura in elevazione è esclusivamente composta da setti di legno che, in accordo alle Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008, sono riconducibili a “Pannelli di parete incollati con diaframmi incollati, collegati mediante chiodi e bulloni”. Per essi, la tabella 7.7.I stabilisce un valore ammissibile del fattore di struttura q0=2, corrispondente ad una classe di duttilità bassa (B). Data inoltre la regolarità in altezza è stato possibile adottare KR=1.

A titolo esemplificativo, si riporta nell´illustrazione seguente il diagramma delle deformazioni per il Blocco 2, in caso di sisma agente in direzione perpendicolare alla dimensione maggiore dell´edificio; si nota in particolare l´effetto dovuto alla torsione accidentale considerata nel calcolo.

Tecnologia Xlam per un complesso residenziale di 7 piani: il calcolo degli ancoraggi

Figura 4: Modello numerico e spostamenti agli SLV per sisma in y del blocco 02

PROGETTO E CALCOLO DEGLI ANCORAGGI

Normalmente, il principio alla base del calcolo degli ancoraggi di base di un setto, consiste normalmente nello scomporre le azioni sollecitanti di taglio e di ribaltamento, in una forza di trazione concentrata alle estremità e in un taglio distribuito lungo il bordo. Di conseguenza, progettualmente vengono predisposti due differenti sistemi di presidio, uno calcolato a “trazione” e l´altro a “taglio”.

L´approccio adottato in questo progetto, invece, si basa su un altro principio generale: ripartire su tutti i connettori sia il taglio, sia la trazione indotta dal momento ribaltante. Ogni staffa, quindi, sarà verificata considerando una risultante di sollecitazione in cui si combinano gli effetti del taglio con quelli del momento. Con tale sistema si riesce ad ottimizzare il numero di fissaggi, sfruttando al massimo ogni singolo elemento di connessione, con il vantaggio pratico di avere un'unica tipologia di staffa.

Tecnologia Xlam per un complesso residenziale di 7 piani: il calcolo degli ancoraggi

Figura 5: Metodo di calcolo tradizionale (a sinistra) e metodo di calcolo nuovo (a destra)

Ciò è stato realizzato sia a livello di connessione fra pareti X-LAM e sottostruttura in cemento armato, sia ai livelli superiori, ovvero fra parete, solaio e parete in X-LAM. Nel primo caso, progettando un ancoraggio costituito da due piastre di acciaio fissate lateralmente sia al cordolo che alla parete; nel secondo invece, progettando degli ancoraggi costituiti da staffe angolari fissate fra parete e solaio. Di seguito sarà illustrata quest´ultima situazione.

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