La progettazione sismica della “casa nzeb” con ANDILWall
Il concept della “CASA NZEB in Laterizio: antisismica, sostenibile e confortevole” ha visto il coinvolgimento di più competenze che hanno collaborato alla ‘rilettura’ in chiave Nearly Zero Energy Buildings di un edificio di social housing, esistente. Si presentano qui gli aspetti strutturali e le verifiche sismiche eseguite con il software di calcolo ANDILWall 3.
La scelta della muratura ordinaria come sistema costruttivo moderno per la struttura portante della “casa nzeb in laterizio” è motivata dal fatto che questa soluzione può senz’altro garantire adeguati livelli di sicurezza e buona risposta sismica, come per altro confermato dagli esiti dei terremoti emiliani del 2012. Seguendo, infatti, i principi fondamentali di progettazione e costruzione ed applicando le normative tecniche di rifermento una costruzione in laterizio è assolutamente in grado di conseguire i più idonei requisiti antisismici.
Connessioni efficaci tra i diversi muri e i solai/coperture con cordoli, di adeguata sezione ed armatura, ed ammorsamenti lungo le intersezioni verticali favoriscono, insieme ad una certa regolarità distributiva ed opportuna sezione muraria nelle due direzioni principali, il raggiungimento di reali riserve di resistenza per un edificio in muratura nei confronti dell’azione sismica, consentendone anche una progettazione estremamente semplificata che non impone lo svolgimento di alcuna analisi strutturale e/o verifica di sicurezza dettagliata. Il vantaggio dell’utilizzo di regole di verifica più semplici, secondo le Norme tecniche per le costruzioni (NTC - D.M. 14/01/2008), riguarda tuttavia costruzioni con specifiche condizioni di regolarità, più restrittive nel caso di azioni sismiche.
Prospetto della “casa nzeb”.
Descrizione generale del fabbricato
L’edificio in esame, di destinazione residenziale, sito nel comune di Bologna, si sviluppa con tre piani fuori terra ed un piano interrato, realizzato da setti in cemento armato sui si considera “fondata” la sovrastruttura portante in laterizio.
Sebbene al piano terra siano previsti 5 appartamenti ed ai piani superiori 4, la configurazione strutturale non varia in altezza. La pianta del fabbricato è regolare, con un ingombro rettangolare di dimensioni 24x20 m, ed è approssimativamente simmetrica rispetto alle due direzioni ortogonali; non presenta sporgenze o rientranze che superano il 25% della dimensione totale della costruzione nella corrispondente direzione. Anche le condizioni di regolarità in altezza sono rispettate non essendovi grandi variazioni di rigidezza e di massa. Tutti i setti resistenti ai carichi verticali e/o orizzontali si sviluppano per l’intera altezza dell’edificio, che raggiunge circa 12 m al colmo delle falde di copertura.
Dal punto di vista strutturale, la parte fuori terra è realizzata in muratura ordinaria avente uno spessore maggiore per le pareti esterne e più ridotto quelle interne. Sono impiegati elementi semipieni in laterizio con caratteristiche conformi all’impiego per strutture portanti antisismiche e malta a prescrizione garantita M10 (§ 7.8.1.2 delle NTC).
Gli interrati sono realizzati con setti in c.a. con spessore 60 cm in corrispondenza delle pareti esterne e 50 cm in corrispondenza di quelle interne. I solai sono in laterocemento con altezza 24 cm (20+4). La copertura è realizzata su un solaio piano avente le stesse caratteristiche dei solai intermedi e sul quale è riportato il peso delle falde del tetto per mezzo di muricci disposti con interasse di 1,20 m. La falda del tetto è realizzata con tavelloni (s=6cm), appoggiati sui muricci, con l’interposizione di uno strato di malta e di manto di impermeabilizzazione, è disposta una copertura in laterizio. La scala interna è in cemento armato.
Pianta piano terra e sezione A-A della “casa nzeb”.
Modello di calcolo
La modellazione strutturale della “casa nzeb” è stata eseguita mediante il software ANDILWall che, a partire dallo schema resistente della configurazione muraria per i diversi livelli dell’edificio, prevede, secondo il metodo SAM, una rappresentazione tridimenzionale a macroelementi dell’intera struttura attraverso una schematizzazione a telaio equivalente.
Per i tre impalcati in laterocemento fuori terra, dotati di specifica rigidezza e resistenza, e grazie alle regolari condizioni di vincolo con gli elementi in elevazione, è possibile imporre l’ipotesi di diaframma infinitamente rigido nel proprio piano. Inoltre, considerando il sottotetto e le falde di copertura costituenti un unico sistema scatolare rigido, la parte sopra l’estradosso dell’ultimo solaio entra nel calcolo unicamente ai fini della valutazione dei carichi gravitazionali e delle masse strutturali, mentre la sottostruttura in c.a., dal solaio controterra fino allo spiccato di fondazione, viene modellata come vincolo a terra ed esclusa dalle verifiche del software.
A tutti e 3 i livelli si ripete la stessa distribuzione geometrica della struttura con i setti murari perimetrali ed interni caratterizzati da aperture di porte e finestre allineate lungo l’altezza. Al di sopra delle aperture sono previsti i proseguimenti dei cordoli di piano, aventi spessore uguale al solaio e larghezza pari allo spessore della muratura su cui si appoggiano.
L’inserimento dei setti e dei cordoli nel modello di calcolo viene implementato, importando in ANDILWall il file di disegno “dwg” corredato dalle sigle identificative di ogni elemento. La creazione delle fasce murarie presenti sopra e sotto i cordoli viene eseguita direttamente dal programma. Con riferimento ai vani delle porte, la fascia superiore è assente e quella inferiore è alta 0,30 m; per i vani delle finestre, la fascia superiore è alta 1,15 m e quella inferiore 0,30 m. All’ultimo piano la fascia superiore risulta completamente assente. Infine, l’assegnazione dei carichi ai setti murari avviene per apposite “aree di influenza” riservando alle murature parallele all’orditura dei solai, il carico relativo alla striscia di un metro del solaio stesso.
Modello strutturale tridimensionale a macro elementi.