Modellazione di edifici in legno a telaio pesante controventati con pareti intelaiate: un metodo semplificato

All’interno dell'articolo presentato un metodo per la modellazione semplificata di edifici in legno a telaio pesante controventati mediante pareti intelaiate con pannelli chiodati, finalizzato alla valutazione della sicurezza sismica.

edificio-legno-strutturaIl metodo si basa sulla schematizzazione dei controventi mediante molle diagonali equivalenti a comportamento elasto-plastico e consente di valutare l’accelerazione resistente della struttura mediante analisi statica non lineare, applicando il “Modified Capacity Spectrum Method” basato sullo smorzamento viscoso equivalente. 

La procedura costituisce una valida e semplice alternativa all’analisi statica lineare basata sul fattore di struttura q. Nell’articolo sono riassunte le relazioni analitiche per determinare le caratteristiche degli elementi equivalenti in termini di rigidezza e capacità, a partire dalle caratteristiche e dalla geometria delle componenti delle pareti di taglio. Lo spostamento ultimo è invece stato dedotto analizzando i risultati di alcune prove sperimentali cicliche condotte su pareti intelaiate e disponibili in letteratura. Alcuni esempi di confronto tra i risultati forniti dal modello semplificato con quelli di prove sperimentali e di simulazioni numeriche basate su modelli più raffinati e complessi provano la buona affidabilità del metodo.


Valutazione della sicurezza sismica di edifici in legno a pareti intelaiate: analisi pushover basate su molle diagonali equivalenti

Negli ultimi decenni è stata dedicata grande attenzione alla progettazione di costruzioni in legno in aree ad alta sismicità, in conseguenza delle ottime prestazioni che tali edifici, se adeguatamente concepiti, sono in grado di esplicare in caso di eccitazione sismica.

Le strutture in legno a telaio pesante

In particolare, l’articolo fa riferimento alle strutture lignee a telaio pestante (Post-and-beam timber structures) composte da uno scheletro principale di pilastri (in genere continui dalla fondazione alla copertura) e travi ad essi incernierate.
Il sistema di controventamento verticale è generalmente costituito da pareti di taglio (Buchanan et al. 2008), (Parida et al. 2013) collegate al telaio principale, formate da un’intelaiatura lignea leggera su cui sono chiodati pannelli a base di legno. Le buone prestazioni sismiche che sono in grado di manifestare queste strutture sono prevalentemente dovute alle capacità dissipative delle connessioni chiodate delle pareti di taglio (zone dissipative, EN 1998- 1:2004).

Negli edifici sismo-resistenti in legno progettati in accordo con il concetto di comportamento strutturale dissipativo (EN 1998- 1:2004), la progettazione sismica può essere basata su un’analisi statica lineare equivalente della struttura, tenendo implicitamente conto delle sue capacità dissipative riducendo lo spettro di risposta elastico mediante il fattore di struttura q.

Il fattore di struttura q negli edifici in legno a telaio pesante: i risultati di uno studio mettono in luce alcune criticità

Sull'argomento gli autori hanno effettuato uno studio numerico di alcuni edifici in legno a telaio pesante, per stimare un range affidabile di valori del fattore di struttura da utilizzare per una progettazione basata sull’analisi statica lineare (Gattesco e Boem 2015). Lo studio, condotto in ambito non-lineare, è basato su un modello numerico dettagliato, in cui le diverse connessioni (come la chiodatura diffusa e le connessioni puntuali quali hold-down e angolari) sono state esplicitamente modellate, calibrando il loro comportamento non lineare sulla base di risultati sperimentali. Dallo studio è emerso che il valore massimo del fattore di struttura consentito nell’Eurocodice 8 per “Pareti chiodate con diaframmi chiodati, collegati con chiodi e bulloni” (q = 5), è sensibilmente sovrastimato per la tipologia strutturale considerata, per la quale è risultato più opportuno considerare valori attorno a 3. Appare, quindi, evidente come una scelta impropria di q può compromettere la sicurezza strutturale dell’edificio in occasione di un sisma.

Nuova proposta per la progettazione sismica degli edifici in legno a telaio pesante: un’analisi semplificata di tipo non lineare statica

In alternativa all’analisi lineare statica basata sul fattore di truttura q, si propone, per la progettazione sismica di edifici in legno a telaio pesante, un’analisi semplificata di tipo non lineare statica, che consiste nel modellare i diaframmi verticali mediante molle diagonali equivalenti di tipo elasto-plastico, includendovi, quindi, il comportamento globale non lineare delle diverse pareti di taglio. La valutazione sia della rigidezza elastica che della resistenza di tali elementi equivalenti si basano su relazioni analitiche, che sono riportate ed analizzate nell’articolo. La valutazione dello spostamento ultimo è invece basata sui risultati di alcune prove sperimentali.

Il metodo semplificato viene adottato per la simulazione del comportamento di alcune pareti di taglio isolate, con e senza aperture, testate sperimentalmente dagli autori (Gattesco e Boem 2016) e, successivamente, di alcuni edifici a telaio pesante analizzati in precedenza mediante modellazione raffinata (Gattesco e Boem 2015). Il confronto dei risultati del modello semplificato con quelli precedentemente ottenuti a livello sperimentale e numerico, in termini di curve di capacità e (per gli edifici) di accelerazione resistente, hanno consentito di verificarne l’affidabilità. Il metodo rappresenta quindi un’alternativa efficace e rapida all’analisi statica lineare per garantire la sicurezza sismica degli edifici lignei a telaio pesante.

La descrizione del metodo semplificato 

Il metodo semplificato proposto per l’analisi non lineare di edifici lignei a telaio pesante controventati mediante pareti in legno intelaiate si basa sulla modellazione del telaio principale mediante elementi monodimensionali incernierati, a comportamento elastico lineare. La rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali è garantita dalle pareti di taglio, che sono modellate mediante due molle assiali a comportamento non lineare disposte lungo le diagonali del telaio principale. In particolare, per le molle è stato assunto un comportamento simmetrico di tipo elastico-plastico. Le caratteristiche delle molle, sia in termini di rigidezza che di resistenza, sono state valutate analiticamente. La valutazione dello spostamento ultimo si è basata invece su alcuni risultati sperimentali e numerici.

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anidis.jpgArticolo tratto dagli Atti del XVII Convegno ANIDIS 2017 - Pistoia
Si ringrazia l'ANIDIS per la gentile collaborazione. 

Convegno ANIDIS 2019

Si ricorda che il prossimo Convegno ANIDIS si terrà ad Ascoli Piceno il 15-19 settembre 2019> maggiori info sul LINK