Connessione ad alte prestazioni per il contenimento del danno sismico in strutture in XLAM

Viene proposta una connessione ad alte prestazioni per la progettazione in campo elastico di edifici in XLAM che può essere usata per realizzare collegamenti parete-parete, parete-solaio-parete e parete-fondazione.

La connessione è composta da piastre metalliche saldate che vengono collegate agli elementi lignei con viti inclinate a tutto filetto. Siccome le viti lavorano prevalentemente per estrazione, la connessione raggiunge alti valori di rigidezza e resistenza sia se soggetta ad azioni di taglio che di trazione. L’elemento può infatti sostituire hold-down e squadrette angolari con un’unica soluzione.

Inoltre, in caso di eventi sismici di intensità superiore a quella di progetto, la connessione sviluppa un comportamento pseudo-duttile grazie alla progressiva estrazione delle viti. Infine, utilizzando la connessione, i carichi verticali vengono trasferiti direttamente dalla parete superiore a quella inferiore senza che i solai vengano compressi ortogonalmente alla loro fibratura.


Connessione proposta VS tecniche tradizionali

Nel presente studio viene descritta una connessione ad alte prestazioni volta a progettazioni in campo elastico di edifici con struttura portante in XLAM in zona sismica. Tale connessione, denominata H-LAM (Figura 1), è in grado di resistere ad azioni di taglio, trazione ed a combinazioni di esse.

Lo sviluppo di questa connessione nasce dalla volontà di semplificare i processi di progettazione e realizzazione delle strutture in CLT, di ridurne la vulnerabilità al danneggiamento, e di sfruttare al meglio le proprietà meccaniche degli elementi lignei. 

 

connessione ad alte prestazioni per la progettazione in campo elastico di edifici in XLAM Figura 1 – Connessione ad alte prestazioni proposta: H-LAM

 

Negli edifici in CLT, pareti verticali ed orizzontamenti vengono realizzati utilizzando pannelli portanti in legno che conferiscono alla struttura un comportamento scatolare. Tuttavia, i sistemi di connessione più comunemente usati (hold-down e squadrette angolari) non permettono di “sfruttare” pienamente le capacità resistenziali degli elementi lignei. L’utilizzo di una connessione ad alte prestazioni consente invece di impiegare al meglio le proprietà meccaniche del materiale legno aumentandone il tasso di lavoro. 

Inoltre, nella pratica progettuale viene tipicamente assunto che gli hold-down resistano unicamente alle azioni di tipo tensionale e che le squadrette angolari resistano al taglio. Tuttavia, in presenza di azioni sismiche, tali connettori possono collassare in modo inappropriato a causa di sollecitazioni non previste in fase progettuale [1], [2]. La possibilità di utilizzare un’unica connessione in sostituzione sia degli hold-down che degli angolari permette quindi di evitare “incertezze” nel percorso di carico e nel trasferimento delle sollecitazioni. 

La comune pratica costruttiva prevede inoltre che i pannelli di solaio vengano interposti tra due pareti verticali successive. La necessità di contenere la compressione ortogonale alla fibratura dei pannelli orizzontali si traduce dunque in una limitazione nello sviluppo in altezza di questa tipologia strutturale.

Utilizzando la connessione proposta nel presente studio, invece, gli orizzontamenti non vengono interposti tra pareti verticali successive. Il carico verticale è infatti trasferito direttamente dalla parete superiore a quella inferiore, evitando in questo modo che si manifestino danneggiamenti causati dallo schiacciamento ortogonale alla fibratura dei solai.

Il sistema di connessione qui descritto è stato illustrato nel dettaglio in [3] e [4].

Il sistema di connessione H-LAM

La connessione ad alte prestazioni è stata brevettata da FederlegnoArredo 2017 [5] e consente di realizzare connessioni “parete-parete” (Figura 2a), “parete-solaio-parete” (Figura 2b) e “parete-fondazione” (Figura 2c).

   

 Connessione ad alte prestazioni H-LAM per edifici in legno

Figura 2 – Connessioni strutturali [3]: a) parete-parete; b) parete-solaio-parete; c) parete-fondazione

 

La connessione è composta da piastre metalliche saldate, che vengono collegate ai pannelli lignei mediate viti a tutto filetto ed alle fondazioni in calcestruzzo mediante barre filettate.

Le piastre sono disposte simmetricamente rispetto al piano medio dei pannelli verticali (Figura 3a) in modo da evitare la formazione di momenti parassiti dovuti a carichi eccentrici, ed hanno una sovraresistenza tale da impedire che collassino prima delle viti. Lo spazio tra le piastre verticali è leggermente superiore rispetto allo spessore dei pannelli XLAM, così da facilitare l’inserimento dei pannelli nella connessione. Al fine di massimizzare l’area di contatto tra la testa delle viti e la superficie delle piastre, su quest’ultime vengono realizzati dei fori svasati (Figura 4a).

 

 Connessione ad alte prestazioni H-LAM per edifici in legno

Figura 3 – Connessione H-LAM: a) vista laterale; b) vista frontale

 

Facendo riferimento alla Figura 4b, le viti di collegamento con i pannelli verticali vengono inserite con un angolo d’infissione a pari a 60° e con un angolo di orientazione b variabile che determina la distribuzione “a raggera” osservabile in Figura 3b.

Tale modalità d’implementazione permette di sfruttare l’alta resistenza e rigidezza ad estrazione delle viti, conferendo alla connessione una maggiore capacità portante ed una minore deformabilità rispetto alle connessioni tradizionali, essendo quest’ultime basate sulla resistenza a taglio dei connettori.

Durante un evento sismico, l’alta resistenza e rigidezza della connessione permettono dunque di limitare sia gli spostamenti che il danneggiamento delle strutture, e quindi anche i costi di riparazione. In caso di terremoti di eccezionale intensità, tuttavia, la connessione è progettata per sviluppare un comportamento pseudo-duttile. La distribuzione a raggera delle viti fa sì che queste raggiungano la resistenza ultima in modo progressivo, a cominciare da quelle orientate parallelamente alla risultante delle azioni agenti sulla connessione. Ciò che si ottiene è dunque un meccanismo di collasso di tipo pseudo-duttile governato dalla progressiva estrazione dei connettori.

   

Dettagli della connessione ad alte prestazioni H-LAM per edifici in legno

Figura 4 – Posizionamento viti: a) foro con svasatura; b) angoli di infissione a e di orientazione b 

 

Come è possibile osservare in Figura 2b, la parete verticale superiore viene inserita nell’H-LAM ed appoggiata direttamente sulla parete inferiore senza interporre nel mezzo il pannello di solaio. In questo modo, le azioni verticali vengono trasmesse direttamente da parete a parete senza che gli orizzontamenti vengano compressi ortogonalmente alla loro fibratura. I solai vengono infatti collegati a dei fazzoletti in acciaio sporgenti mediante viti inclinate. 

...CONTINUA.

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