Progettazione degli elementi non strutturali secondo le NTC 2018: approcci basati sullo spettro di risposta dei piani per la sicurezza sismica

La progettazione sismica degli elementi non strutturali rappresenta oggi una delle principali sfide per l’ingegneria civile, soprattutto alla luce delle evidenze emerse dai recenti terremoti italiani. La relazione presentata da Lorenzo Audisio al convegno ANIDIS 2025 propone un approccio innovativo per la definizione degli spettri di risposta di piano, in linea con le NTC 2018. Il lavoro si concentra sull’analisi disaccoppiata degli elementi non strutturali, offrendo una formulazione calibrata su basi numeriche e teoriche. L’obiettivo è migliorare la previsione delle accelerazioni di piano e quindi la stima del danno atteso. I risultati ottenuti mostrano una buona coerenza con modelli numerici avanzati e con altre formulazioni normative. Questo contributo si inserisce nel percorso di affinamento degli strumenti progettuali per una valutazione più completa del rischio sismico.

Nel dibattito contemporaneo sull’ingegneria sismica, il contributo degli elementi non strutturali alla vulnerabilità complessiva degli edifici sta emergendo con sempre maggiore evidenza. La relazione presentata da Lorenzo Audisio in occasione di ANIDIS 2025 offre un quadro aggiornato e metodologicamente solido per affrontare il tema della progettazione di tali componenti, in coerenza con le NTC 2018.

Gli elementi non strutturali, comunemente suddivisi in componenti architettoniche, impiantistiche e contenuti, non partecipano direttamente alla resistenza dell’edificio, ma incidono in modo determinante sulla sicurezza, sulla funzionalità e soprattutto sulle perdite economiche. Studi e osservazioni post-sisma hanno dimostrato che, in edifici strategici come gli ospedali, i danni a questi elementi possono rappresentare fino al 92% delle perdite totali. Eventi come il sisma dell’Aquila e quello dell’Emilia del 2012 hanno evidenziato casi di edifici strutturalmente integri ma economicamente compromessi proprio a causa del danneggiamento diffuso degli elementi non strutturali.

Il comportamento di tali componenti è fortemente influenzato da parametri come gli spostamenti interpiano (interstory drift) e le accelerazioni di piano, a seconda della loro sensibilità a deformazioni o a fenomeni inerziali come il ribaltamento. Questo rende necessario un approccio di analisi adeguato, che può essere accoppiato o disaccoppiato rispetto alla struttura principale.

La presente relazione è stata presentata ad ANIDIS 2025 (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: Lorenzo Audisio, Matteo Tatangelo, Michele D'Amato e Rosario Gigliotti.

Spettri di risposta di piano: formulazione e approccio metodologico

Nel contesto dell’approccio disaccoppiato si inserisce il concetto di spettro di risposta di piano, strumento fondamentale per la progettazione degli elementi non strutturali. Tale approccio si basa sull’ipotesi che la massa dell’elemento sia trascurabile rispetto a quella della struttura, evitando così interazioni dinamiche significative.

La metodologia illustrata da Audisio prende avvio da un’analisi modale lineare della struttura, attraverso la quale si determinano forme modali e fattori di partecipazione. A partire dallo spettro di progetto si calcolano le peak floor acceleration per ciascun modo e per ogni livello dell’edificio. Il passo successivo consiste nell’introdurre un fattore di amplificazione dinamica che consente di stimare la risposta dell’elemento non strutturale.

Questo fattore amplificativo, derivato dalla soluzione di un sistema a un grado di libertà soggetto a eccitazione armonica, dipende dal rapporto tra il periodo dell’elemento e quello della struttura. La formulazione proposta introduce coefficienti calibrati (A, B, C, D, E) che modulano la forma dello spettro, consentendo una rappresentazione più accurata della risposta dinamica.

La calibrazione di tali coefficienti è stata effettuata mediante analisi numeriche in ambiente OpenSeesPy, considerando sistemi a due gradi di libertà e variando parametri chiave come il rapporto tra masse e i periodi di vibrazione. I risultati mostrano una chiara dipendenza dei parametri dalla dinamica del sistema, in particolare per gli esponenti che regolano la forma dello spettro.

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Validazione numerica e confronto con la normativa

Un aspetto cruciale del lavoro riguarda la validazione della formulazione proposta. Attraverso modelli agli elementi finiti, è stato analizzato un telaio bidimensionale a quattro piani con elementi non strutturali modellati esplicitamente. Le analisi dinamiche lineari hanno evidenziato picchi di risonanza in corrispondenza dei modi propri della struttura, confermando la rilevanza del fenomeno.

Il confronto tra i risultati numerici e quelli ottenuti tramite la formulazione evidenzia un buon accordo sia in termini di ampiezza delle pseudoaccelerazioni sia nella corretta individuazione dei picchi di risposta. Analogamente, il modello mostra coerenza anche rispetto ad altre formulazioni presenti nella letteratura e nei codici normativi, inclusi riferimenti all’Eurocodice.

Questo risultato rafforza la validità della proposta, già recepita nella circolare applicativa delle NTC 2018, e ne conferma l’efficacia per applicazioni pratiche nell’ambito della progettazione sismica.

Prospettive di sviluppo e applicazioni future

Nonostante i risultati promettenti, la metodologia presenta margini di sviluppo significativi. In particolare, l’estensione al comportamento non lineare della struttura rappresenta una sfida rilevante, così come l’inclusione delle incertezze legate alla stima dei parametri dinamici degli elementi non strutturali, spesso difficili da caratterizzare con precisione.

Va tuttavia sottolineato che, nell’ambito di analisi lineari equivalenti, la formulazione si dimostra già applicabile anche in presenza di comportamento plastico della struttura, offrendo uno strumento utile e coerente con le pratiche progettuali correnti.

Il contributo presentato da Audisio si inserisce dunque in un filone di ricerca di grande attualità, fornendo agli ingegneri un approccio più raffinato e consapevole per affrontare un tema spesso sottovalutato ma cruciale nella valutazione del rischio sismico complessivo degli edifici.

DI SEGUITO LA REGISTRAZIONE INTEGRALE DELL'INTERVENTO DI LORENZO AUDISIO.

Il testo è stato elaborato mediante la registrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA.

IN SINTESI
-La ricerca presentata da Lorenzo Audisio a ANIDIS 2025 evidenzia il ruolo cruciale degli elementi non strutturali nelle perdite sismiche, spesso predominanti rispetto a quelle strutturali.
-Viene approfondito l’approccio disaccoppiato previsto dalle NTC 2018, basato sull’utilizzo degli spettri di risposta di piano per valutare la domanda sismica sugli elementi non strutturali.
-La formulazione proposta introduce un fattore di amplificazione dinamica derivato da modelli a un grado di libertà, calibrato tramite parametri che tengono conto delle caratteristiche della struttura e dell’elemento.
-Le analisi numeriche condotte con OpenSeesPy mostrano un buon accordo tra il modello teorico e i risultati FEM, sia in termini di ampiezza che di individuazione dei picchi di risonanza.
-Il metodo risulta coerente con altre formulazioni normative e offre prospettive di sviluppo verso l’inclusione della non linearità e delle incertezze nei parametri dinamici.