Intervento di adeguamento di fabbricato in C.C.A. con realizzazione di sopraelevazione di un piano in acciaio ad uso residenziale

Marco Peroni Marco Peroni Ingegneria, Faenza,Irene Fabbi Marco Peroni Ingegneria, Faenza 14/09/2017 3432
Introduzione
Con il presente contributo intendiamo condividere l’esperienza maturata in relazione alla sopraelevazione di un edificio esistente che si trova in una zona urbana residenziale edificata all’inizio degli anni ’80 nel Comune di Faenza (RA).
Si tratta di una palazzina residenziale con tre appartamenti e servizi comuni, costituita da un piano seminterrato, uno rialzato e un piano primo. Ha un’altezza media di 8,40 mt dalla quota del marciapiede mentre tutti gli edifici circostanti presentano mediamente un piano in più.
La Normativa Comunale di Zona in questi casi permette di soprelevare gli edifici utilizzando sistemi edilizi ecocompatibili. L’altezza massima consentita in questa zona è di 12.5 m dalla quota del marciapiede.
L’intervento prevede quindi una ristrutturazione edilizia che coinvolge l’involucro esterno del fabbricato, una sopraelevazione dell’attuale lastrico solare con un piano attico in acciaio e vetro, e l’installazione di un ascensore esterno per l’abbattimento delle barriere architettoniche del primo e secondo livello.
 
 
Come sappiamo, dal punto di vista strutturale, la realizzazione di una sopraelevazione determina la necessità di un adeguamento sismico del fabbricato esistente in c.a. realizzando interventi atti a conseguire i livelli di sicurezza previsti dalle attuali Norme Tecniche. Tuttavia, in questo caso, la possibilità di intervento è limitata dalla necessità di evitare interventi strutturali invasivi nei locali interni, che risultano attualmente abitati e sono stati recentemente ristrutturati e arredati.
In tale contesto è stata quindi elaborata e sviluppata una soluzione innovativa che prevede la realizzazione della sopraelevazione ad un piano mediante l’interposizione di un sistema di isolatori sismici alla sommità dell’edificio esistente. La nuova sopraelevazione, “tarata” opportunamente come massa, controbilancia il movimento sismico del telaio inferiore, creando una sorta di “sistema TMD abitato”.
L’edificio risultante dal progetto di ristrutturazione e sopraelevazione sarà quindi un nuovo edificio con caratteristiche energetiche e sismiche complessivamente adeguate rispetto alle normative vigenti.
 
Descrizione della struttura esistente
Il progetto di adeguamento dell’esistente in c.a. si basa su un approfondito rilievo della geometria, dei materiali e delle armature presenti negli elementi resistenti.
La conformazione planimetrica dell’edificio nel suo complesso è pressoché quadrata, caratterizzata da dimensioni in pianta di circa 16.50x16.40m, costituita da un piano seminterrato e due piani fuori terra, per uno sviluppo in elevazione di h=8.50m dalla quota +0.00.
La struttura portante è costituita da un telaio spaziale costituito da travi e pilastri in c.a., e da pareti in c.a. per il piano seminterrato e per il vano scala.
In particolare è stato possibile reperire gli elaborati grafici originali di progetto strutturale del fabbricato in c.a., datati 1982, completi di piante, sezioni, prospetti e dettagli degli elementi strutturali e con la descrizione della quantità e della disposizione delle armature.
Sulla base delle informazioni complessivamente acquisite sul fabbricato, coadiuvate da indagini e prove in situ, si assume un livello di conoscenza adeguato LC2 (§ C8A.1.A Circ. n.617 2/2/09), che porta all’adozione di un fattore di confidenza FC=1,20 (tabella C8A.1.1) da applicare alle proprietà dei materiali.
 
Descrizione degli interventi di sopraelevazione dell’esistente.
Stato di progetto
Come si è detto, l’intervento prevede la realizzazione di una sopraelevazione del fabbricato esistente in c.a. mediante la nuova costruzione di telaio in acciaio S275 e vetro ad uso civile-abitazione, di altezza pari a circa 3.7m. La realizzazione degli interventi di sopraelevazione richiede innanzitutto la demolizione del solaio di copertura a falde e il consolidamento delle travi in c.a. esistenti al livello del solaio di sottotetto, mediante cordoli e plinti armati per l’appoggio delle nuove strutture in acciaio. Per quanto riguarda la realizzazione della sopraelevazione, in corrispondenza della sommità dei pilastri in c.a. verranno installati isolatori in gomma ad alta dissipazione di energia (High Damping Rubber Bearings - HDRB).
Gli HDRB sono imbullonati a piastre metalliche esterne che consentono il fissaggio alle strutture sottostanti mediante barre e iniezioni di resine epossidiche. La funzione principale degli isolatori sismici è quella di abbattere l’azione sismica riducendo le forze orizzontali che sollecitano la struttura in caso di terremoto.
Sopra di essi verrà posizionato  un grigliato in acciaio composto da travi HeA 200 e HeA 140, sopra le quali verranno collegati i pilastri in tubolari di sez.160x6mm, atti a sostenere una copertura formata da travi principali in profi  Ipe 270 e secondarie in profi Ipe 160, e pannelli coibentati in lamiera grecata.
Infine il telaio verrà opportunamente controventato mediante barre tonde φ24.
 
 
 
In particolare, nel nostro caso, si considera di utilizzare isolatori elastomerici del diametro di 300 mm, realizzato con mescola elastomerica morbida, con strati in gomma aventi spessore totale di 100 mm e spostamento ultimo di 200 mm, e le caratteristiche di progetto riportate nella seguente tabella, come da scheda tecnica tipica:
 
 
Criteri di modellazione e analisi della struttura
I modelli numerici e le analisi sono stati sviluppati mediante il programma di calcolo Midas/Gen2015.
La progettazione della struttura è stata sviluppata con i criteri specifici di un’analisi dinamica lineare considerando un comportamento strutturale scarsamente dissipativo nei confronti dell’azione sismica (classe di duttilità CD“B”).
Per ciascuna direzione dell’azione sismica orizzontale si sceglie di adottare un valore del fattore di struttura q=1,0.
 
Il modello della struttura portante è stato sviluppato modellando travi e pilastri in c.a. e acciaio con elementi “beam” tridimensionali, e le pareti in c.a. del piano seminterrato e del vano scala con elementi “wall”.
Per la modellazione dei dispositivi di collegamento tra massa e telaio, nel caso di analisi dinamica lineare spettrale, si utilizzano “link elastici” con rigidezze SDx, SDy, SDz, definiti in Midas/ Gen.

Per simulare il collegamento del pilastro alle fondazioni vengono utilizzati dei vincoli del tipo incastro all’estremità inferiori dei pilastri. Gli impalcati di piano possono essere modellati come piani infinitamente rigidi. Al fine di semplificare l’analisi e la lettura dei risultati, si considera di poter modellare in modo semplificato anche il piano di copertura della sopraelevazione come infinitamente rigido, essendo realizzato in lamiera grecata metallica con la presenza di controventi metallici diffusi. 

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Articolo tratto dal numero 16 di Structural Modeling. 
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