Analisi di strutture miste telaio-pareti con Straus7 ed EasyOver: metodi prescrittivo e prestazionale a confronto

Nel presente articolo si propone un confronto tra l’approccio prescrittivo adottato nella progettazione sismica di strutture miste telaio-pareti mediante analisi dinamica lineare con fattore di comportamento q e l’approccio prestazionale perseguito mediante l’utilizzo di un modello a fessure spalmate rotanti in grado di descrivere il comportamento non lineare di pareti in cemento armato in un’analisi statica non lineare (analisi Pushover).

Vengono dapprima effettuati opportuni richiami teorici e normativi per esaminare tutte le modalità di collasso di una parete in c.a. e le relative verifiche e prescrizioni da rispettare per conseguire il capacity design mediante analisi dinamiche lineari con fattore di comportamento q. Vengono poi richiamati i fondamenti del modello a fessure spalmate rotanti utilizzato per la modellazione del comportamento non lineare di pareti in cemento armato.

Infine, vengono illustrati alcuni esempi applicativi. Per la modellazione agli elementi finiti è stato adottato il codice di calcolo Straus7, [5], e il software EasyOver, [6], applicativo di Straus7 per le analisi statiche non lineari di edifici in cemento armato, entrambi distribuiti in Italia dalla HSH srl di Padova.

Meccanismi di collasso e verifiche sismiche delle pareti in cemento armato con analisi lineari dinamiche in conformità alle NTC 2018

Le NTC 2018, [1], dedicano alle pareti il paragrafo 7.4.4.5, il quale inizia precisando che “si definisce parete un elemento strutturale di supporto per altri elementi che abbia una sezione trasversale rettangolare o ad essa assimilabile, anche per tratti, caratterizzata in ciascun tratto da un rapporto tra dimensione massima lw e dimensione minima bw in pianta lw/bw > 4 (fig. 1).

Le pareti possono avere sezione orizzontale composta da uno (parete semplice) o più (parete composta) segmenti rettangolari. Pareti semplici possono avere appendici con lw/bw <= 4. Si raccomanda che pareti composte da più segmenti rettangolari collegati o che si intersecano (sezioni a L, T, U o simili) siano considerate unità intere, che consistono di una o più anime parallele, o approssimativamente parallele, alla direzione della forza di taglio sismica agente e di una o più flange normali o approssimativamente normali ad essa. Le pareti si definiscono snelle se il rapporto hw/lw > 2, tozze in caso contrario, essendo hw l’altezza totale della parete (fig. 1) misurata a partire dalla sua base”.

Sezioni resistenti delle pareti semplici e composte (la freccia indica la direzione del sisma)

Fig. 1 – Sezioni resistenti delle pareti semplici e composte (la freccia indica la direzione del sisma)

Lo scrivente ha già descritto nell’articolo [13] i possibili meccanismi di collasso di pareti in c.a. soggette ad azioni sismiche (fig. 2):

  • Pressoflessione
  • Taglio
  • Scorrimento
  • Ribaltamento (sollevamento della fondazione)

Meccanismi di collasso delle pareti in c.a. soggette ad azioni sismiche

Fig. 2 – Meccanismi di collasso delle pareti in c.a. soggette ad azioni sismiche

Questi meccanismi saranno ora richiamati, ponendo in evidenza le verifiche e le prescrizioni da rispettare per conseguire il capacity design mediante analisi dinamiche lineari con fattore di comportamento q.

Per quanto concerne il comportamento delle pareti in c.a. sottoposte a carichi ciclici, il fattore che maggiormente contribuisce a definire il comportamento ciclico di una parete è il rapporto di snellezza: altezza/lunghezza, hw/lw. Pareti molto snelle, hw/lw≥2, se correttamente progettate e realizzate, sono caratterizzate da comportamento duttile e da modalità di crisi tipo flessione, simile a quello delle travi. All’opposto, nelle pareti poco snelle o tozze il fattore maggiormente caratterizzante è il taglio, specialmente la possibilità di crisi per scorrimento da taglio.

Le norme NTC 2018 dedicano due paragrafi alle verifiche delle pareti in c.a.: il par. 7.4.4.5.1 alle verifiche di resistenza (RES) e il par. 7.4.4.5.2 alle verifiche di duttilità (DUT). 

Presso-flessione

Il principale meccanismo di collasso a pressoflessione per una parete duttile è quello che prevede lo snervamento dell’armatura metallica con la comparsa di ampie fessurazioni da trazione nel calcestruzzo teso e da schiacciamento nel calcestruzzo compresso, ai lembi opposti del nodo parete-fondazione. Lo schiacciamento si verifica solo dopo un certo numero di cicli di carico che ha portato notevoli deformazioni con lo sviluppo adeguato di duttilità. In zona compressa, oltre allo schiacciamento del calcestruzzo, si può presentare l’instabilità delle barre d’armatura longitudinali.

Collasso per pressoflessione di una parete di taglio

Fig. 3 – Collasso per pressoflessione di una parete di taglio

Nel caso di analisi lineare con fattore di struttura q (ora denominato fattore di comportamento), sia le norme NTC 2018 che l’Eurocodice 8 concordano nella definizione di un nuovo diagramma di progetto che consenta di considerare, tramite la seguente procedura semplificata, le incertezze legate alla distribuzione reale dei momenti lungo l’altezza di pareti primarie snelle. Nel solo caso di pareti snelle, sia per strutture a pareti che per strutture miste, si devono applicare regole descritte al 7.4.4.5.1 delle NTC 2018, di seguito riportate.

Traslazione del diagramma dei momenti flettenti per strutture a pareti e strutture miste

Fig. 4 – Traslazione del diagramma dei momenti flettenti per strutture a pareti e strutture miste

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