Laboratorio di Progettazione Strutturale 2M

Le caratteristiche generali delle costruzioni
I criteri generali della progettazione strutturale
La configurazione strutturale: concetto di Regolarità Strutturale
Metodi di analisi e criteri di verifica
Verifiche di Rigidezza e di Resistenza
Gli elementi non strutturali
Il Sisma e la Reazione Strutturale
L’Oscillatore semplice
Lo Spettro elastico di norma
La Duttilità, il Fattore di comportamento
Lo Spettro di progetto
La Gerarchia delle resistenze
Valutazione speditiva delle principali criticità

Criteri di progetto e verifica agli stati limite acquisiti nel corso di Tecnica delle Costruzioni. Modellazione del comportamento meccanico acquisita nel laboratorio di progettazione strutturale 1M.

NTC – 2018. DECRETO 17 gennaio 2018. Aggiornamento delle «Norme tecniche per le costruzioni» che sostituiscono quelle approvate con il decreto ministeriale 14 gennaio 2008.
Si tratta del Testo aggiornato delle norme tecniche per le costruzioni, di cui alla legge 5 novembre 1971, n. 1086, recante «Norme per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio armato, normale e precompresso ed a struttura metallica» e alla legge 2 febbraio 1974, n. 64 recante «Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche».
Il materiale delle lezioni reso disponibile dal docente.

Il corso prevede, oltre alle lezioni frontali, lo sviluppo di un tema progettuale che include la modellazione e l’analisi strutturale nonché il progetto e la verifica delle strutture individuate quali più significative.
Le attività sulla progettazione strutturale si integrano con quelle previste per il laboratorio di progettazione architettonica.

La frequenza, come previsto dal regolamento, è obbligatoria al 75%.

La valutazione finale degli studenti si svolge attraverso un esame orale che prevede anche una discussione sugli elaborati prodotti per il tema progettuale.

PROGRAMMA DEL CORSO: CONTENUTI ED ARTICOLAZIONE

1. LA RISPOSTA SISMICA DELLE STRUTTURE

1.1. Risposta delle strutture in campo lineare

1.1.1. Sistemi a 1 grado di libertà:

• Oscillatore semplice.
• Oscillazioni libere con e senza smorzamento.
• Oscillazioni forzate con e senza smorzamento.
• Risposta di un oscillatore semplice soggetto a una forzante generica.
• Definizione degli Spettri di risposta elastici (accelerazione, velocità, spostamento).
• Calcolo delle forze sismiche sull’oscillatore semplice mediante lo spettro di risposta elastico delle accelerazioni.

1.1.2. Sistemi a più gradi di libertà:

• Modelli a masse concentrate.
• Oscillazioni libere.
• Analisi modale.
• Azioni sismiche.
• Analisi sismica mediante spettro di risposta delle accelerazioni.
• Approcci semplificati e valutazione analitica degli effetti delle non linearità geometriche del secondo ordine

1.2. Risposta sismica delle strutture in campo non lineare:

• Duttilità (materiale, sezione, elemento, struttura).
• Oscillatore semplice con comportamento elasto-plastico.
• Spettri di risposta non lineari (spettri di progetto).
• Coefficiente di struttura.

2. RICHIAMI E APPROFONDIMENTI DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI

• Caratterizzazione meccanica dei materiali e legami costitutivi semplificati secondo normativa (NTC 2018 con Circolare 2019, Eurocodici n. 2 per il c.a., n. 3 per l'acciaio, n. 4 per i sistemi composti e n. 8; cenni all'Eurocodice n. 5 in caso di componenti in legno).
• Richiami per progetto e verifica secondo gli Stati limite ultimi (SLU; sforzo normale, flessione, pressoflessione e taglio) trattati diffusamente sia per il calcestruzzo armato che per l'acciaio strutturale.
• Richiami per progetto e verifica secondo gli Stati limite di esercizio (SLE; flessione, controllo delle deformazioni, deformabilità e limitazione della fessurazione) per elementi in c.a. e in acciaio.
• Progetto e verifica agli SLU per sollecitazione di pressoflessione deviata ed esame dei fenomeni di instabilità per aste compresse in acciaio (instabilità flessionale, torsionale e flesso-torsionale).
• Progetto e verifica agli SLU: costruzione dei domini di resistenza M-N per elementi pressoinflessi in c.a. e per profili in acciaio, con analisi critica di come la presenza del momento flettente riduca la capacità portante assiale nel materiale acciaio (effetto penalizzante per elevate snellezze) rispetto al c.a.
• Progetto e verifica agli SLU di elementi in c.a. e in acciaio per sollecitazione di torsione.
• Progetto e verifica agli SLU di solette e piastre in c.a.
• Progetto e verifica agli SLU per fondazioni superficiali in c.a.
• Studio e calcolo delle Sezioni Composte Acciaio-Calcestruzzo: Criteri di classificazione delle sezioni composte (Classi 1, 2, 3 e 4), calcolo del momento plastico d'inerzia (con armatura simmetrica e asimmetrica) e definizione della larghezza collaborante della soletta.

Nota sulla flessibilità dei materiali: Qualora il tema progettuale scelto nei lab di porg architettonica preveda l'utilizzo del legno per specifiche parti o sotto-sistemi circoscritti dell'edificio (ad esempio l'orditura della copertura), verranno trattati brevemente i concetti fondamentali di progetto e verifica per elementi lignei.

3. IL PROGETTO DELLE STRUTTURE IN ZONA SISMICA

• Approfondimenti della azione sismica.
• Concezione strutturale e Criteri per la buona progettazione delle strutture in zona sismica: regolarità in pianta e in altezza, simmetria, ripartizione delle rigidezze e sintesi olistica tra ossatura strutturale e spazio architettonico fin dalle primissime fasi ideative.
• Introduzione alle possibili strategie progettuali in zona sismica (progettazione elastica, progettazione in duttilità, progettazione con isolamento sismico alla base, sistemi dissipativi, TMD, etc.).
• Modellazione strutturale in zona sismica e approccio avanzato multi-rischio alla robustezza strutturale (meccanismi di ridondanza, reindirizzamento dei flussi di forza e mitigazione del rischio di collasso progressivo di fronte a eventi eccezionali).
• La normativa per il progetto strutturale (Norma Tecnica Costruzioni in Italia, Eurocodici in Europa, norme internazionali).
• Progetto delle fondazioni.

4. APPLICAZIONE PROGETTUALE: STRUTTURA PROGETTATA IN ZONA SISMICA

4.1. Progetto e verifica dei solai e delle coperture:

• Scelta della tipologia strutturale (latero-cementizio tradizionale, solaio misto con lamiera grecata collaborante in acciaio o eventuale orditura leggera in legno per la sola copertura).
• Norme tecniche per il progetto e la verifica.
• Definizione del Sistema strutturale (geometrie della sezione, tessitura, orditura, etc.).
• Analisi dei carichi elementari e loro combinazioni (sismiche e non sismiche).
• Modellazione analitica e numerica del solaio/copertura.
• Progetto e verifica agli SLU e SLE del sistema lamiera + soletta
• Dettagli costruttivi e sistemi di connessione meccanica nei sistemi misti
• Tavole progettuali strutturali.

4.2. Progetto e verifica di una struttura (in C.A., Acciaio o Mista)

• Definizione dell’azione sismica ed esame del comportamento strutturale globale (analisi modale).
• Analisi e combinazioni dei carichi elementari.
• Definizione del Sistema strutturale (telai, pareti/setti in c.a., sistemi di controvento in acciaio).
• Norme tecniche per la progettazione strutturale (NTC italiane e Eurocodici).
• Modellazione analitica e modellazione numerica mediante software F.E.M.
• Sinergia multidisciplinare e fisica costruttiva: Integrazione e interazione dello scheletro strutturale con le tamponature, gli elementi secondari (scale, sbalzi) e coordinamento preventivo con la tecnologia dell'architettura e la fisica tecnica per preservare la durabilità del manufatto ed evitare penalizzazioni estetiche o funzionali.
• Progetto e la verifica degli elementi strutturali SLU e SLE sismico e non sismico (travi, solette, piastre, pilastri, setti, nodi e scale) in c.a. o in acciaio secondo la gerarchia delle resistenze.
• Cenni di geotecnica: capacità portante del terreno, verifica a scorrimento e ribaltamento.
• Progetto e verifica di fondazioni superficiali (punzonamento, armature a flessione).
• Progetto e verifica delle unioni colonna-plinto alla base (Collegamenti in fondazione)
• Dettagli costruttivi (ancoraggi, lunghezze di sovrapposizione nel c.a., unioni bullonate e saldate nella carpenteria metallica).
• Preparazione delle tavole progettuali strutturali complete, esecutive e cantierabili.

5. APPROFONDIMENTI METODOLOGICI SULLA CULTURA COSTRUTTIVA CONTEMPORANEA

• Adeguamento o miglioramento sismico delle strutture esistenti (criteri di valutazione della sicurezza).

• Progettazione strutturale sostenibile e flussi LCA: Valutazione dell'impatto ambientale delle strutture tramite Life Cycle Assessment, criteri per la decarbonizzazione dei processi di costruzione e metodologie di ottimizzazione strutturale per la minimizzazione del sovradimensionamento diffuso (overdesign).

• Tecniche costruttive innovative e transizione tecnologica: Integrazione nei processi industriali della prefabbricazione modulare, dell'industrializzazione edilizia e dei nuovi paradigmi di cantiere legati alle strutture emergenti in stampa 3D (3D concrete printing) per l'abbattimento degli impatti

• Sistemi costruttivi in materiali sostenibili e naturali: Analisi, modellazione e concezione di organismi strutturali realizzati con materiali a bassissima impronta di carbonio, con focus sistemico sulle potenzialità delle strutture modulari in legno ingegnerizzato e sulle moderne applicazioni portanti della terra cruda (tecniche del rammed earth, etc).

• Circular Design strutturale: Applicazione integrata dei concetti di Design for Adaptability e Design for Disassembly (DfD) per favorire lo smontaggio selettivo, il recupero prestazionale dei componenti a fine vita, la filosofia del Design for Reuse e i processi di upcycling strutturale per future configurazioni urbane flessibili

Per accedere al LABORATORIO DI PROGETTAZIONE STRUTTURALE 2M è necessario aver bene acquisito le conoscenze propedeutiche dei corsi precedenti. In particolare, si ritiene indispensabile ricordare i concetti base di:

-Scienza delle Costruzioni,

-Tecnica delle Costruzioni,

-Modellazione strutturale e analisi delle sollecitazioni mediante programmi di calcolo F.E.M.

Si invitano le/gli studentesse/ti a rivedere attentamente questi argomenti.

Quaderno aicap N.2 PROGETTO DI UN EDIFICIO IN C.A. CON E SENZA ISOLAMENTO SISMICO ALLA BASE
aicap - Associazione Italiana Calcestruzzo Armato e Precompresso

DETTAGLI COSTRUTTIVI di STRUTTURE in CALCESTRUZZO ARMATO
aicap - Associazione Italiana Calcestruzzo Armato e Precompresso

PROGETTAZIONE DI STRUTTURE IN CALCESTRUZZO ARMATO
GUIDA ALL’USO dell’EUROCODICE 2 con riferimento alle Norme Tecniche D.M. 14.1.2008
aicap - Associazione Italiana Calcestruzzo Armato e Precompresso

PROGETTAZIONE SISMICA DI EDIFICI IN CALCESTRUZZO ARMATO
GUIDA ALL’USO dell’EUROCODICE 2 con riferimento alle Norme Tecniche D.M. 14.1.2008
aicap - Associazione Italiana Calcestruzzo Armato e Precompresso

MINISTERO DELLE INFRASTRUTTURE E DEI TRASPORTI, DECRETO 17 gennaio 2018. Aggiornamento delle «Norme tecniche per le costruzioni». Supplemento ordinario alla Gazzetta Ufficiale n. 42 del 20 febbraio 2018 - Serie generale.

MINISTERO DELLE INFRASTRUTTURE E DEI TRASPORTI, CIRCOLARE n. 7 del 21 gennaio 2019, pubblicata in Gazzetta Ufficiale n. 35/2019, con oggetto: Istruzioni per l’applicazione dell’aggiornamento delle norme tecniche per le costruzioni di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018.

EN 1998-1:2004 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance – Part 1: General rules, seismic actions, and rules for buildings.

CHOPRA, A. K. (1995). Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering. Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall.

PAULAY, T, PRIESTLEY, M.J.N. (1992) Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley and Sons, New York, USA

MODALITÀ DIDATTICHE E CONTINUUM FORMATIVO

Il corso si articola attraverso diverse modalità didattiche integrate, volte a favorire l’apprendimento teorico e applicativo. L'insegnamento si struttura non come un elemento isolato, ma come parte di un percorso formativo unitario e trans-semestrale, fondato su un vero e proprio "passaggio di consegne" dai laboratori del semestre precedente (Laboratorio di prog. Strutturale 1 e Laboratorio di prog. Architettonica 1). I temi, la concezione e i casi studio nati in quella sede vengono qui ripresi, analizzati, elaborati, e approfonditi, trovando la loro naturale evoluzione strutturale nel semestre successivo.

Il fulcro di questa evoluzione è la sinergia parallela con il Laboratorio di Progettazione Architettonica 2. Sebbene il corso mantenga la propria indipendenza scientifica e di giudizio, esso vive di un proficuo rapporto di dare e avere con la disciplina architettonica. Questo legame si traduce in momenti di copresenza dei docenti nella stessa aula per specifiche lezioni-chiave e nello svolgimento di revisioni congiunte e periodiche. In queste occasioni, l'organismo edilizio viene esaminato simultaneamente attraverso una sintesi superiore che fa convergere composizione architettonica, concezione strutturale, comportamento dell'involucro, integrazione degli impianti e fisica tecnica.

Le attività didattiche comprendono:

-Lezioni Frontali e Metodologiche: Sessioni dedicate ai contenuti fondamentali di tecnica delle costruzioni e progettazione sismoresistente.

-Esercitazioni Guidate in Aula: Sessioni dedicate all’applicazione pratica dei concetti teorici, per fornire gli strumenti operativi prima e durante la modellazione.

-Sviluppo di Progetti Strutturali: Attività individuali o di gruppo svolte direttamente in aula con revisione periodica. Il docente coordina e guida in prima persona le attività, lavorando fianco a fianco con gli studenti e coordinando un gruppo di assistenti che affiancano la cattedra nello svolgimento degli esercizi e nello sviluppo dei progetti.

-Revisioni, Ricevimenti e Percorsi di Supporto: Oltre al lavoro ordinario in aula, sono garantiti tavoli di revisione e ricevimenti a richiesta di studenti e studentesse. Inoltre, per garantire l'inclusione, viene approntato fin dall'inizio uno specifico percorso di recupero delle lacune in ingresso, volto a colmare eventuali debiti formativi e supportare ciascuno nel raggiungimento degli obiettivi del corso.

Seminari, Conferenze e Cultura Sperimentale: Partecipazione come uditori a seminari organizzati nell’ambito del corso in collaborazione con docenti, ricercatori e professionisti del settore. Sono inoltre previste visite didattiche presso il Laboratorio Prove e Ricerca su Strutture e Materiali (PRiSMa) del Dipartimento di Architettura dell’Università degli Studi Roma Tre, dove vengono illustrate e dimostrate le attività sperimentali legate ai temi del corso.

È richiesta la frequenza ad almeno il 75% delle attività didattiche per poter accedere alla valutazione finale.

MODALITÀ D'ESAME E PRESENTAZIONE DEL PROGETTO

L'esame mira a verificare la capacità dello studente e della studentessa di gestire autonomamente il processo progettuale e di presentare e discutere il progetto con rigore scientifico e maturità intellettuale.

•Consegna Digitale (7 giorni prima dell'appello): Invio telematico obbligatorio di tutto il materiale prodotto, inteso come un corpus documentale integrato che comprende:

-Tavole progettuali complete: Piante di carpenteria, sezioni e dettagli costruttivi d'insieme (nodi cruciali in cemento armato o connessioni in acciaio) corredate dalle relative verifiche agli stati limite ultimi (SLU) e di esercizio (SLE).

-Documento progettuale critico: Una relazione approfondita che giustifichi e argomenti le scelte progettuali in stretta relazione alla normativa tecnica vigente, all'integrazione con la progettazione architettonica, alla sostenibilità, alla durabilità e al coordinamento multidisciplinare. Questo documento raccoglie la rielaborazione delle nozioni dei corsi precedenti e la crescita maturata in aula.

Colloquio Orale: Una discussione aperta sul progetto in cui il candidato e la candidata dovranno dimostrare di saper difendere le scelte tecniche in sede d'esame e rispondere a domande teoriche sul comportamento sismico e sulla normativa, dando prova di una matura consapevolezza culturale e professionale.