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Progettazione di strutture in acciaio: tipologie strutturali e schemi resistenti
La progettazione delle strutture in acciaio rappresenta uno dei campi più evoluti dell’ingegneria strutturale, grazie all’elevato rapporto resistenza/peso, alla prefabbricazione spinta e alla grande versatilità del materiale. In ambito normativo italiano, il riferimento principale è costituito dalle NTC 2018 (D.M. 17/01/2018) e dalla relativa Circolare n. 7/2019, integrate dagli Eurocodici (in particolare EN 1993 ed EN 1998).
Un aspetto fondamentale nella progettazione è la scelta dello schema strutturale resistente alle azioni orizzontali, in particolare quelle sismiche, che influenza in modo determinante:
- la rigidezza globale,
- la gerarchia delle resistenze,
- il comportamento dissipativo,
- il dimensionamento dei collegamenti.
1. Strutture a nodi rigidi (telai a momento)
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I telai a nodi rigidi (moment resisting frames) sono sistemi in cui i collegamenti trave–pilastro sono progettati per trasmettere momenti flettenti e tagli, garantendo continuità rotazionale.
Caratteristiche principali:
- Elevata duttilità globale
- Buona capacità dissipativa (se progettati in classe dissipativa secondo NTC §7.5)
- Maggiore deformabilità laterale rispetto ai sistemi controventati
Aspetti progettuali:
- Verifica dei nodi secondo gerarchia trave debole – pilastro forte
- Controllo delle rotazioni plastiche nelle travi
- Dettagli costruttivi accurati (piastre, irrigidimenti, saldature)
Criticità:
- Elevato costo dei collegamenti
- Maggiori spostamenti orizzontali (drift)
2. Strutture a nodi incernierati con controventi (strutture pendolari)
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Le strutture cosiddette pendolari sono telai con giunti trave–pilastro incernierati, incapaci di assorbire momenti. La resistenza alle azioni orizzontali è affidata a sistemi di controvento.
Vantaggi:
- Semplicità realizzativa
- Costi ridotti dei collegamenti
- Elevata rigidezza laterale (se ben progettati i controventi)
Svantaggi:
- Minore duttilità globale (dipende dal tipo di controvento)
- Maggiore concentrazione delle azioni nei diagonali
3. Tipologie di controventi
3.1 Controventi a croce (X-bracing)
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Sono costituiti da due diagonali incrociate.
Comportamento:
- Una diagonale lavora a trazione, l’altra tende a instabilizzarsi a compressione
- Possibile modellazione come tension-only
Pro:
- Elevata rigidezza
- Schema semplice ed efficace
Contro:
- Possibile instabilità della diagonale compressa
- Interferenze architettoniche (occupazione vano)
3.2 Controventi a V (Chevron bracing)
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Le diagonali convergono in un punto della trave.
Comportamento:
- Introduzione di forze verticali sulla trave (effetto sbilanciato)
- Richiede verifica della trave per carichi aggiuntivi
Pro:
- Maggiore flessibilità architettonica
- Aperture centrali libere
Contro:
- Maggior complessità di calcolo
- Richiede progettazione attenta della trave
3.3 Controventi a K
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Le diagonali convergono sul pilastro.
Criticità:
- Introducono azioni locali nel pilastro
- Possibile innesco di meccanismi fragili
➡️ Nota normativa:
Le NTC 2018 sconsigliano fortemente l’uso di controventi a K in zona sismica dissipativa, poiché compromettono la gerarchia delle resistenze.
4. Progettazione dei collegamenti
I collegamenti sono l’elemento chiave della progettazione in acciaio.
Tipologie principali:
- Bullonati
- Saldati
- Misti
Classificazione:
- A cerniera → trasmettono solo taglio e sforzo normale
- Rigidi → trasmettono momento
- Semi-rigidi → comportamento intermedio (modellazione avanzata)
Aspetti normativi:
Secondo NTC 2018:
- §4.2.4 → verifiche degli elementi in acciaio
- §7.5 → progettazione sismica
- obbligo di rispetto della gerarchia delle resistenze
Esempio:
- Nei telai dissipativi → il collegamento deve essere sovraresistente rispetto all’elemento dissipativo
5. Scelta dello schema strutturale
La scelta tra telaio rigido e controventato dipende da:
- Zona sismica
- Numero di piani
- Esigenze architettoniche
- Costi e tempi di realizzazione
In generale:
- Edifici bassi/industriali → controventi (più economici e rigidi)
- Edifici multipiano → telai dissipativi o sistemi misti
- Edifici complessi → combinazioni (dual system)
6. Considerazioni finali
La progettazione delle strutture in acciaio non può prescindere da una visione integrata tra:
- schema strutturale,
- comportamento sismico,
- dettagli costruttivi dei collegamenti.
La scelta del sistema resistente non è solo una questione di calcolo, ma una decisione strategica che coinvolge:
- architettura,
- cantierizzazione,
- costi,
- manutenzione nel tempo.
In ambito sismico, in particolare, è fondamentale garantire:
- meccanismi duttili,
- dissipazione controllata,
- assenza di rotture fragili.