Riassunto analitico
Lo studio del comportamento degli edifici industriali prefabbricati è diventato sempre più di attualità, in particolare a seguito degli eventi sismici verificatisi nel Maggio 2012 in Emilia.
Le strutture prefabbricate, molto presenti nella pianura emiliana, hanno mostrato importanti danni dovuti prevalentemente ai sistemi di connessione. Frequenti sono stati i casi di perdita di appoggio degli elementi strutturali orizzontali, per crisi delle connessioni attritive trave-pilastro e tegolo-trave, ed il crollo dei sistemi di tamponatura esterna a causa del collasso dei dispositivi meccanici di collegamento. Nella ricostruzione post sisma è stato imposto un adeguamento delle strutture prefabbricate atto ad eliminare le carenze osservate.
La copertura degli edifici prefabbricati esistenti è usualmente costituita da elementi prefabbricati (tegoli) senza soletta collaborante gettata in opera, talvolta distanziati con lucernari interposti. Uno degli interventi eseguiti più di frequente è stata la realizzazione di un giunto metallico, con angolari e bulloni, collegante i tegoli di copertura alle travi sottostanti, al fine di sopperire alla mancanza delle connessioni.
Generalmente la copertura realizzata con tegoli, semplicemente appoggiati e non collegati con le travi, viene modellata come un diaframma infinitamente deformabile. È lecito quindi chiedersi quale può essere l’influenza sulla rigidezza dell’impalcato offerta dagli elementi di collegamento; in particolare è interessante capire se la copertura acquista una rigidezza non trascurabile, al fine di un’adeguata modellazione e di una corretta individuazione del reale comportamento e delle sollecitazioni sull’intero sistema strutturale.
Le azioni sull’impalcato, derivanti da carichi orizzontali di tipo sismico, impegnano il diaframma di piano sulla base della distribuzione di masse e rigidezze. Se il diaframma è deformabile la ripartizione delle azioni avviene in funzione della distribuzione delle masse, mentre se è rigido la ripartizione è funzione della distribuzione delle rigidezze. La presenza di sproporzioni di masse e/o rigidezze provoca risposte fuori fase dei diversi telai, con conseguente distorsione dell’impalcato. Tale fenomeno è esaltato in presenza di tamponamenti poiché i pannelli perimetrali si comportano come pareti di grande rigidezza.
Per chiarire questo problema si analizza il comportamento sismico di un tradizionale edificio prefabbricato utilizzato nell’edilizia industriale. Le connessioni degli elementi del diaframma di copertura possono essere modellate in un range che va dalla semplice cerniera, tra le estremità dei tegoli e le travi, senza azione a diaframma, fino al comportamento a diaframma rigido. L’analisi globale dell’intero edificio, al variare della rigidezza delle connessioni, viene eseguita grazie ad un modello semplice con elementi finiti beam. Un modello ad elementi finiti tridimensionali del dettaglio del giunto trave-tegolo, realizzato mediante angolari e bulloni, è stato invece ideato per poter definire la rigidezza del solaio di copertura in presenza di tali collegamenti.
I risultati delle analisi parametriche mostrano che le principali caratteristiche del comportamento strutturale dipendono dai differenti gradi di interazione tra telaio, pannelli e impalcato. Se la rigidezza del collegamento trave-tegolo è trascurabile il diaframma è deformabile, al contrario, se è elevata il diaframma è rigido. Si osserva che, anche per valori di rigidezza delle connessioni molto elevati, il diaframma non è mai perfettamente rigido a causa della deformabilità propria dei tegoli. Se in copertura sono presenti dei giunti trave-tegolo con angolari e bulloni, il solaio acquista una rigidezza non trascurabile, infatti i valori dei tagli alla base dei telai sembrano più dovuti ad una ripartizione delle azioni in base alle rigidezze, piuttosto che in base alle masse di pertinenza.
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