SCHELETRO PORTANTE IN ACCIAIO
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SCHELETRO PORTANTE
IN ACCIAIOIl ferro e le sue proprietà erano già conosciute nei tempi più antichi.
Fino a poco tempo fa, tuttavia, non era possibile produrlo a un prezzo così basso e in
quantità
i à e pezzii cosìì grandi
di da
d poterlo
l considerare
id allo
ll stesso livello
li ll di pietra
i e legno
l
(Otto Königer, 1902)
John Paxton, Crystal Palace, Londra 1851Gustave Eiffel, Torre Eiffel, Parigi 1889
Maggiore altezza dovuta al peso
inferiore degli elementi in virtù delle
sezioni
i i ridotte
id
Peso specifico:
ifi
Acciaio ≈ 7500 kg/m³
Calcestruzzo ≈ 2400 kg/m³
Grattacieli a Chicago, 1948 - 1951VANTAGGI Valore elevato di tensione (σ) ammissibile rispetto ai materiali di uso tradizionale Uguale comportamento sia a trazione che a compressione Minor peso proprio Minor peso complessivo scaricato in fondazione Possibilità di coprire luci notevoli Possibilità di modifiche in corso d’opera a seguito di errori di dimensionamento SVANTAGGI Maggiore vulnerabilità agli agenti atmosferici e quindi necessità di protezione e pperiodica manutenzione Scarsa resistenza al fuoco Elevato costo del materiale Necessità di manodopera specializzata
PROFILATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO
Compressione, trazione
Compressione, trazione Per sezioni composte
Compressione,
p , trazione
Trazione
C
Compressione,
i trazione
i
FlessionePROFILATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO
Flessione
Pressoflessione, trazione, compressione
LAMINATI DI ACCIAIO DI USO COMUNE E LORO IMPIEGO
Piatti - Compressione, trazione; per sezioni composte
Lamiere - non utilizzate per S.P.Sezioni composte
Collegamenti
Chiodatura Æ in disuso
unioni non removibili
Saldatura Æ preferibilmente solo in officina
Bullonatura Æ facile da eseguirsi in cantiere unione removibileChiodatura
I chiodi hanno tronco cilindrico e testa semisferica
P
Preparazione
i ddeii pezzii da
d collegare:
ll
- Tracciamento
- Foratura
diametro del foro (φ) > 1 mm rispetto
p a qquello del chiodo
distanza dai bordi del pezzo: 1,5 – 3 φ
distanza tra i chiodi: 7 – 10 φ
- Riscaldamento dei chiodi (a 1100 – 1200 °C)
- Messa
M iin opera dei
d i chiodi
hi di e loro
l ribaditura
ib di (a
( circa
i 950 °C)
Con la ribaditura il materiale del gambo riempie il foro per
intero, aumentando di fatto la sezione del chiodo ai fini
della resistenzaBullonatura
I bulloni hanno tronco cilindrico (con estremità filettata per
avvitare il dado e serrare i pezzi) e testa esagonale
Preparazione dei pezzi da collegare:
- Tracciamento
- Foratura
diametro del foro (φ) > 1,5
, mm rispetto
p al diametro del bullone
distanza dai bordi del pezzo: 1,5 – 3 φ
distanza tra i bulloni: 7 – 10 φ
- Messa in opera dei bulloni con l’interposizione di
due rondelle ((una pper pparte))
- Serraggio a mezzo di chiavi normali o
dinamometriche (per garantire la medesima tensione
di serraggio a tutti i bulloni)Saldatura
- Con
C arco elettrico
l tt i
Una scintilla provoca il passaggio di corrente tra gli
elettrodi
l tt di posti
ti a distanza
di t minima
i i
Gli elettrodi sono in genere bacchette metalliche
che
h forniscono
f i anche
h il materiale
i l di apporto per
realizzare il cordone di saldatura
Il materiale di apporto è il più possibile simile a
quello di base
- Per combustione di gas
Fiamma ossiacetilenica che genera calore per
combustione dell’acetilene in una corrente di ossigeno
Il calore provoca la fusione dei pezzi da collegare
In genere si fa uso anche di metallo di apportoSaldatura Preparazione dei pezzi da collegare: - Tracciamento - Taglio - Pulitura - Accostamento A ddeii pezzii - Realizzazione del cordone di saldatura Giunzione degli elementi - Ad angolo - Di testa - Con sovrapposizione
Travi alveolari
Travi a cassone
Travi reticolari
Tutti i nodi devono essere a cerniera
I baricentri geometrici delle aste devono
convergere nello stesso punto
Se si adottano piastre di collegamento (fazzoletti) esse dovranno essere più piccole
possibile per
p p limitare la rigidezza
g flessionale dei nodiTravi reticolari
L unioni
Le i i possono essere saldate
ld t o bullonate
b ll tTrattamenti protettivi
Contro la ruggine
- Zincatura: p
procedimento che permette
p di ricoprire
p il materiale di uno strato di
zinco; può essere effettuata a caldo (in un bagno di zinco fuso), elettroliticamente
(mediante deposizione catodica) oppure a freddo (trattamenti analoghi ad una
verniciatura con formulazioni a base di zinco)
- Verniciatura protettiva: vernici a base di minio, un ossido di piombo
- Protezione catodica: utilizzata soprattutto per i tubi interrati e per i depositi
sotterranei di carburante; il metodo consiste nel collegare la struttura con un metallo,
i particolare
in ti l magnesio, i cheh sii ossida
id preferenzialmente
f i l tTrattamenti protettivi Contro il fuoco L’acciaio è un materiale incombustibile, ma le sue caratteristiche meccaniche decrescono con l’aumentare della temperatura, fino al collasso La temperatura critica delle strutture in acciaio di più comune impiego è compresa tra i 350°C e i 600°C Interventi: - Vernici intumescenti - Pannellature in gesso rivestito - Intonaci ignifughi
Vernici intumescenti
- Vernici mono
mono-componenti
componenti in emulsione acquosa
- Vernici bi-componenti epossidiche
Intervengono
g sul rivestimento degli
g elementi pportanti,
aumentando la resistenza delle strutture prima di
raggiungere la temperatura di collasso
Sotto l’azione
S l’ i del
d l fuoco
f fformano uno strato carbonioso
b i
isolante espanso che protegge il substrato metallico
I prodotti possono essere applicati a pennello o a spruzzo previa rimozione di ogni
traccia di grasso, di ruggine o di strati di incoerenti
Lo spessore
p da applicare
pp deve
essere calcolato in funzione del
fattore di massività delle singole
strutture (S/V - rapporto tra la superficie
esposta al fuoco e il volume dell’elemento),
dal grado di sollecitazione
(temperatura critica),
critica) dal tipo di
profilo e dal grado di protezione
(classe R) che si vuole ottenerePannellature in gesso rivestito o in cartongesso
Rappresenta in moltissimi casi una soluzione eccellente grazie alle
proprietà fisicochimiche del gesso e del rivestimento realizzato con
cartone a basso potere calorifico
Intonaci ignifughi
A base
b di fibre
fib minerali,
i li vermiculite,
i lit perlite
lit e leganti
l ti
cementizi, capaci di resistere a temperature elevate
(REI 180 e oltre). L’intonaco è applicato a spruzzo su
superfici stabili, pulite e prive di ogni sostanza che
potrebbe pregiudicare la perfetta aderenza (oli, grassi,
ruggine, pitture o vernici scrostate, ecc..)
Lo spessore ottimale è
determinato in funzione del
ti di struttura,
tipo t tt del
d l fattore
f tt
di massività dell’elemento
e del grado di sollecitazione
(temperatura critica)Elementi costruttivi funzionali dello Scheletro Portante in acciaio
- FONDAZIONI
- PILASTRI
- TRAVI
- NODI (punti in cui concorrono due o più elementi)
- ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO
Cerniera Æ Permette le rotazioni e trasmette solo il taglio
- NODO
O O
Incastro Æ Non permette le rotazioni e trasmette momento e taglioCapacità di resistenza alle azioni orizzontali Dipende dalla modalità di esecuzione dei nodi - Tutti nodi a incastro La struttura è fortemente iperstatica e resiste bene alle azioni verticali e orizzontali Metodo oneroso sia economicamente, sia per tempo di impiego della manodopera
Capacità di resistenza alle azioni orizzontali
- Nodi a incastro in numero sufficiente
sufficiente, tutti gli altri a cerniera
La struttura deve essere progettata in modo da essere isostatica
Si realizza un nucleo rigido che resiste bene alle azioni verticali e orizzontaliCapacità di resistenza alle azioni orizzontali
- Tutti nodi a cerniera con presenza di nuclei rigidi in c.a.
ca
La resistenza alle forze orizzontali è affidata a nuclei rigidi in c.a. (vani scala e/o
ascensore, setti, ecc.)
Non sempre è possibileCapacità di resistenza alle azioni orizzontali - Tutti nodi a cerniera con elementi di controventamento La resistenza alle forze orizzontali è affidata a nuclei rigidi realizzati a traliccio che ripropongono la figura indeformabile per eccellenza: il triangolo L’elemento resistente alle azioni orizzontali può essere paragonato a una mensola reticolare posta in verticale e incastrata al piede
Controventamento
o
tes
re sso
o mp
cSchemi di controventamento
Unioni tra elementi costruttivi funzionali dello Scheletro Portante in acciaio
- Unione TRAVE-TRAVE
Si rende necessaria quando le luci da coprire sono maggiori delle dimensioni dei
profili
fili prodotti
d i iindustrialmente
d i l
Va eseguita dove le sollecitazioni (M, T) non sono massime
- Unione con flange- Unione TRAVE-TRAVE - Unione con flange
- Unione TRAVE-TRAVE
- Unione saldata
A A
AA
A-A- Unione TRAVE-TRAVE - Unione con coprigiunti bullonati
- Unione PILASTRO-PILASTRO
Si rende
d necessariai quandod lel altezze
lt da
d realizzare
li sono maggiori
i i delle
d ll dimensioni
di i i
dei profili prodotti industrialmente e ogniqualvolta vi è una rastremazione della
sezione del pilastro
Va eseguita dove le sollecitazioni (M, T) non sono massime
- Unione con flange- Unione PILASTRO-PILASTRO
- Unione saldata senza rastremazione della sezione
A
A
A-A- Unione PILASTRO-PILASTRO - Unione saldata con rastremazione della sezione e piastre trasversali
- Unione PILASTRO-PILASTRO - Unione con coprigiunti bullonati
- Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA - Unione saldata – nodo cerniera
- Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA - Unione con profilati angolari (squadrette) bullonati – nodo cerniera
- Unione TRAVE PRINCIPALE-TRAVE SECONDARIA - Unione con profilati angolari (squadrette) bullonati – nodo incastro
- Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera Consente la rotazione e trasmette solo forze Si collega solo l’anima della trave con l’anima o un’ala del pilastro - Unione con squadrette
- Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera - Unione saldata
- Unione TRAVE-PILASTRO a cerniera - Unione con flange
- Unione TRAVE-PILASTRO a incastro È un nodo rigido e trasmette sia forze che momenti Si collegano sia l’anima che le ali della trave con l’anima o un’ala del pilastro - Unione con squadrette
- Unione TRAVE-PILASTRO a incastro - Unione con squadrette
- Unione TRAVE-PILASTRO a incastro - Unione saldata
- Unione TRAVE-PILASTRO a incastro - Unione con flange
- Unione PILASTRO-FONDAZIONE
Fondazioni in c.a.
ca
Piastra sufficientemente spessa e rigida (per evitare la punzonatura o l’inflessione)
saldata
ld t all piede
i d del
d l pilastro
il t predisposta
di t con 4 fori
f i per alloggiare
ll i i tirafondi,
ti f di annegati ti
nella fondazione in fase di getto del calcestruzzoBIBLIOGRAFIA
L. Caleca, Architettura Tecnica, Capitolo 4, paragrafo 4.1.6
A Petrignani,
A. Petrignani Tecnologie dell Architettura Capitolo secondo – strutture in acciaio
dell’ Architettura,Puoi anche leggere
