Prestazioni di sistemi di piano di edifici leggeri in acciaio

I vantaggi dei sistemi costruttivi in acciaio

I sistemi costruttivi leggeri in acciaio si stanno affermando sempre più nel panorama edilizio contemporaneo grazie a una serie di vantaggi: sono industrializzati, a secco, realizzati con materiali riciclabili e permettono una velocità esecutiva notevole. Ma è soprattutto la loro leggerezza a renderli particolarmente adatti all’impiego in zone sismiche.

Nonostante la crescente diffusione, questi sistemi non dispongono ancora di un quadro normativo specifico né a livello nazionale né europeo. Le future edizioni dell’Eurocodice 8 dedicheranno uno spazio alle pareti di controventamento, ma ancora quasi nulla è previsto per i solai. Proprio per colmare questo vuoto conoscitivo, il progetto ReLUIS 2022–2024 ha avviato uno studio per approfondire il comportamento dei solai nei sistemi leggeri in acciaio.

Obiettivi e metodologia  dello studio

L’indagine si è concentrata sulla capacità dei solai di trasferire le forze alle pareti verticali, con particolare attenzione all’influenza della rigidezza relativa fra i due elementi. La domanda centrale era: può il solaio essere considerato rigido? O, più ambiziosamente, è possibile identificare criteri per la sua classificazione come rigido o flessibile?

Il punto di partenza è stato un precedente studio sperimentale svolto nell’ambito dello stesso progetto ReLUIS, nel quale erano stati testati a taglio diversi campioni di solaio, compresi i dettagli delle connessioni tra pannelli di rivestimento e travi.

A partire da queste basi sperimentali, il gruppo di ricerca ha sviluppato una serie di modelli numerici agli elementi finiti utilizzando il software OpenSees. I modelli sono stati costruiti con diversi livelli di dettaglio e complessità:

• Modello R (raffinato): rappresentazione dettagliata di ogni elemento, connessione e travi reticolari. Le connessioni sono state modellate sulla base dei risultati sperimentali. I pannelli sono stati assunti come rigidi, dato che le connessioni rappresentano l’elemento debole;
• Modello I (intermedio): semplificazione del modello R. Le travi reticolari sono state sostituite con travi equivalenti, derivate da una modellazione a trave-colonna. È stato considerato l’offset fra pannello e asse delle travi mediante l’uso di RigidLinks per attivare correttamente il comportamento torsionale;
• Modello L (light): un modello a bielle equivalenti, pensato per essere estremamente rapido e leggero, ideale per analisi parametriche. Le bielle sono state calibrate sui modelli più raffinati, e la loro maglia è stata dimensionata in coerenza con i pannelli di rivestimento.

Validazione e analisi parametriche

I modelli sono stati validati confrontando i risultati in termini di:

• Risposta a taglio del solaio: le curve di carico-spostamento dei tre modelli risultano simili fino al carico massimo, ma solo i modelli R e I riescono a cogliere la fase post-picco dovuta alla redistribuzione degli sforzi nelle connessioni.;
• Trasferimento di forze alle pareti di controventamento: anche il modello L, sebbene semplificato, è risultato sufficientemente accurato, con scarti massimi tra modelli I e L inferiori al ±4%.

Sulla base del modello L sono state quindi condotte estese analisi parametriche, variando:

1. Rigidezza delle pareti di controventamento, mantenendole uniformi fra loro;
2. Posizione delle pareti, per studiare l'effetto dell’asimmetria planimetrica, in particolare modificando la posizione di una parete centrale (offset tra 1 e 3 metri dalle pareti laterali).

I risultati hanno mostrato che, in tutti i casi analizzati, le forze trasmesse alle pareti risultavano significativamente superiori rispetto a quanto previsto ipotizzando un solaio rigido. Questo implica che l’ipotesi di piano rigido non può essere applicata in modo generalizzato per questo tipo di sistema costruttivo.

Lo studio condotto dall’Università di Trento evidenzia con chiarezza la necessità di valutare attentamente la rigidezza dei solai in acciaio leggero, soprattutto nel contesto sismico. I risultati suggeriscono che:

• I solai di questi edifici non possono essere sempre modellati come rigidi;
• È possibile impiegare modelli semplificati, purché validati, per condurre analisi parametriche efficienti;
• La rigidezza delle pareti e la loro distribuzione planimetrica influenzano in modo critico la risposta strutturale complessiva.

Testo elaborato dalla trascrizione della video relazione con l'aiuto dell'IA