Sovra-sollecitazioni nelle connessioni di pannelli prefabbricati per effetto degli spostamenti nel fuori piano

Le vulnerabilità sismiche di edifici prefabbricati industriali e commerciali costruiti prima dell’entrata in vigore delle attuali norme tecniche per le costruzioni è stata evidenziata dai terremoti che hanno colpito negli ultimi anni il territorio italiano.

Molteplici collassi di pannelli perimetrali sono stati causati dalle sollecitazioni sismiche sulle connessioni pannello-struttura non progettate per tale richiesta di spostamento, portando così alla rottura delle stesse e al conseguente ribaltamento dei pannelli prefabbricati. Numerosi studi hanno approfondito e analizzato gli effetti che eventuali spostamenti nel piano hanno sulle connessioni pannello-struttura.

Il presente articolo indaga gli effetti che spostamenti nel fuori piano hanno in termini di incremento delle sollecitazioni sismiche nelle connessioni  pannello-struttura, nel caso in cui i pannelli di chiusura subiscano effetti torcenti dovuti sia a uno spostamento asincrono dei pilastri, sia agli spostamenti derivanti da una copertura deformabile.


Over-stress in the connections of precast cladding panels due to out-ofplane displacements

Sovra-sollecitazioni nelle connessioni di pannelli prefabbricati per effetto degli spostamenti nel fuori piano

A. Belleri1, C. Passoni1, S. Castelli1, A. Marini1, P. Riva1

1 Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate, Università degli Studi di Bergamo, Dalmine, Italy


1 Introduzione

I recenti terremoti in Italia (L'Aquila 2009, Emilia 2012, Italia Centrale 2016) hanno evidenziato la vulnerabilità delle strutture prefabbricate in calcestruzzo armato (CA) non progettate secondo le moderne normative sismiche come riportato in numerosi studi (Toniolo e Colombo 2012; Marzo et al. 2012; Savoia et al., 2012; Liberatore et al., 2013; Magliulo et al., 2014; Belleri et al., 2014; Bournas et al., 2014; Casotto et al., 2015; Minghini et al., 2016; Nastri et al., 2017; Palanci et al., 2017).

Le principali vulnerabilità, che hanno causato sia collassi locali sia globali, sono legate alla mancanza di un efficace meccanismo di trasferimento orizzontale tra elementi prefabbricati e alla mancanza di spostamento e compatibilità di rotazione tra elementi strutturali e tra elementi strutturali e non strutturali (Belleri et al. 2014, 2015; Brunesi et al., 2015; Colombo et al., 2016).

Gli edifici prefabbricati industriali e commerciali sono in genere caratterizzati da una maggiore altezza di interpiano e da una maggiore flessibilità nel piano della copertura rispetto agli edifici in calcestruzzo armato tradizionali.

Ciò comporta una flessibilità laterale generalmente elevata, che rende la compatibilità di spostamento e rotazione tra elementi collegati un aspetto significativo nella risposta strutturale.

Il sistema di chiusura perimetrale è in genere costituito da pannelli prefabbricati in CA. Due tipi di pannelli sono considerati: pannelli orizzontali e pannelli verticali (Colombo et al., 2016).

In passato il sistema di connessione dei pannelli alla struttura portante è stato progettato principalmente per reggere i carichi gravitazionali dei pannelli, i carichi del vento o, più recentemente, per evitarne il ribaltamento fuori-piano per effetto dei carichi sismici.

La compatibilità di spostamenti associata all'interazione con la struttura di supporto non veniva considerata. Le connessioni devono essere in grado di incassare gli spostamenti e le rotazioni relative tra i pannelli e la struttura di supporto, a  causa della minore rigidità dei dispositivi di connessione rispetto agli elementi prefabbricati collegati: i ribaltamenti di pannelli osservati a seguito del terremoto emiliano sono tipicamente associati alla rottura delle connessioni (Bournas et al., 2014, Belleri et al. 2014, Colombo et al., 2016).

Negli ultimi anni, è stato condotto un lavoro sperimentale per studiare le prestazioni di pannelli e delle loro connessioni (Colombo et al 2014, Fischinger et al., 2014, Zoubek et al., 2016a, Pantoli et al., 2016). Da tali studi sono derivate raccomandazioni progettuali (Belleri et al. 2016 e Colombo et al., 2016) principalmente per quanto riguarda il comportamento nel piano di tali sistemi.

Nel caso di sollecitazioni fuori piano, la domanda sismica su pannelli e connessioni è determinata seguendo le formulazioni associate agli elementi non strutturali (4.3.5 in EN 1998-1).

Tuttavia, a causa dell'elevata flessibilità della tipologia strutturale considerata, è importante tenere in considerazione la compatibilità di spostamento della pannellatura, poiché la rottura del sistema di connessione potrebbe causare il ribaltamento del pannello.

Il presente articolo si propone di analizzare le sovrasollecitazioni che nascono nelle connessioni di pannelli verticali e orizzontali per effetti torsionali.

Questi effetti sono associati prevalentemente all’assenza di un diaframma rigido di piano a livello della copertura. Infatti, la presenza di lucernari e di singoli collegamenti puntuali alle estremità dei tegoli impedisce l’instaurarsi di un diaframma rigido.

Scotta et al. (2015) hanno osservato un aumento dei carichi assiali nelle connessioni del pannello nel caso di tetti flessibili.

Tali carichi devono essere aggiunti ai carichi sismici inerziali.

 

2 SOLLECITAZIONI FUORI-PIANO

Nell'attuale pratica progettuale, la pannellatura perimetrale è tipicamente inclusa solamente in termini di masse, essendo i pannelli di tamponamento considerati come elementi non strutturali.

I carichi sismici fuori piano che agiscono sulle connessioni possono essere valutati da formulazioni semplificate, in genere correlate a spettri di risposta associati alla struttura di supporto.

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L'ARTICOLO COMPLETO E' DISPONIBILE IN ALLEGATO


KEYWORDS: KEYWORDS: cladding panels; panel-structure connections; roof diapfhragm / pannelli di chiusura; connessioni pannellostruttura; diaframma di piano.


Articolo presentato in occasione degli Italian Concrete Days 2018 di aicap e CTE

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Dal 14 aprile al 17 aprile 2021 si terrà la terza edizione degli Italian Concrete Days. Ulteriore informazione sull'evento a questo LINK.


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