Edifici alti: PoliTo e SOM definiscono una metodologia per ottimizzare le armature nei setti portanti in c.a.

La collaborazione tra il Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Edile e Geotecnica (DISEG) del Politecnico di Torino e la più grande società di Ingegneria nella costruzione di grattacieli Skidmore, Owings & Merrill (SOM) risale a qualche anno fa (2018) e ha avuto come obiettivo quello di individuare una procedura finalizzata all'ottimizzazione delle armature nei setti portanti in cemento armato in edifici alti.


Una metodologia per ottimizzare la progettazione di pareti a taglio negli edifici alti

Lo studio di questa nuova metodologia nasce da alcune considerazioni legate agli edifici alti e al mancato aggiornamento e sviluppo dei codici che forniscono metodi di progettazione per i grattacieli che spesso portano all'uso di una quantità enorme di armature.

La finalità, quindi, è di migliorare la dissipazione a fronte di una riduzione ragionata di armatura per gli edifici alti con nucleo centrale.

L’occasione di questa analisi è sorta con la progettazione della 500 Folsom Tower, un grattacielo di 42 piani situato a San Francisco. (Maggiorni info del progetto sul sito di SOM).

 

Una metodologia per ottimizzare la progettazione di pareti a taglio negli edifici alti

 

Come è noto negli edifici alti, per contrastare l'azione sismica si è soliti inserire un nucleo centrale costituito da setti (pareti a taglio) in cemento armato collegati mediante travi accoppiate.

Si tratta di un sistema molto efficiente. Tuttavia, l'adozione delle attuali normative di progettazione e verifica delle pareti a taglio sono state sviluppate specificatamente per strutture con un numero di piani standard. Per tali strutture il comportamento dei setti sotto forze orizzontali ricalca il modello shear-type a impalcati rigidi con un collasso canonico a taglio. La progettazione di edifici alti secondo questa modalità, che prevede zone critiche fortemente armate per sopperire al collasso a taglio, mal si presta all’effettivo comportamento degli stessi setti per edifici molto alti e snelli. Infatti si otterrebbero zone estremamente armate con comportamento finale poco duttile, ovvero con una bassa capacità dissipativa quando il fabbricato è soggetto all'azione sismica.

Per edifici alti il comportamento è molto differente, in primis perché gli impalcati tendono a ruotare quindi i setti subiscono deformazioni del tutto differenti rispetto ad edifici tradizionali.

Proprio perché i regolamenti e la maggior parte delle raccomandazioni progettuali non riescono ad affrontare adeguatamente i sottili nuclei tridimensionali composti da pareti a forma di "I", "L" o "T", si è reso necessario affrontare il problema attraverso lo sviluppo di una metodologia pratica e razionale per una progettazione sostenibile di questi sistemi resistenti all’azione sismica.

Ed è stato quello che hanno fatto insieme il Politecnico di Torino e SOM, Skidmore, Owings & Merrill.

Per sopperire alla carenza di criteri di progettazione adeguati, è stata quindi approntata una procedura detta Performance Based Seismic Desing (PBSD) usata sia per il dimensionamento che per la verifica delle prestazioni dei nuclei negli edifici alti in cemento armato. Il metodo menzionato consiste nel compiere Analisi Dinamiche Non Lineari (NLRHA) con Accelerogrammi su edifici dimensionati tramite le metodologie tradizionali di progettazione, ovvero con Analisi Dinamiche con Spettro di Risposta Elastico (RSA), al fine di validarne i risultati e appurare che riproducano con sufficiente accuratezza il comportamento non lineare della struttura. 

 

IN BREVE

L'obiettivo di questo studio è stato quello di proporre un metodo razionale di progettazione delle pareti di taglio dei nuclei centrali, che consente di ottimizzare la distribuzione delle armature in un setto in c.a. con sezione a "L", al fine di migliorarne il comportamento duttile e quindi dissipativo in presenza di un'azione sismica di progetto.

Per arrivare alla proposta metodologica si è scelto di analizzare modelli lineari e non lineari su un “prototipo” della 500 Folsom Tower, un grattacielo residenziale di 42 piani situato a San Francisco, California.

Il metodo proposto è stato poi successivamente validato mediante Non linear Response History Analyses  (NLRHA) secondo l’ l’approccio del Performanced Based Sismic Design (PBSD).

Dalle analisi emerge che con questo metodo, utilizzando il Maximum Considered Earthquake (MCE) con un fattore R pari a 3, è possibile avere un comportamento duttile dell’edificio in caso di terremoto, pur riducendo del 30% la quantità di armature delle pareti a taglio.


Per maggiori dettagli vi consiglio di consultare:

  • A rational methodology for the design of linked compound shear walls in tall buildings in high-seismic regions - SEMC 2019
  • G. Vannini, F. Bazzucchi & G.A. Ferro - Department of Structural and Geotechnical Engineering, Politecnico di Torino, Italy
  • D. Shook, N.J. Mathias & M. Sarkisian - Skidmore, Owings & Merrill, San Francisco, United States

Si ringrazia il Prof. Giuseppe Andrea Ferro del Politecnico di Torino per la gentile collaborazione e aiuto nella redazione della notizia.