Realizzare solai in acciaio: scegliere tra le varie tipologie

Per la realizzazione dei solai l’acciaio offre diverse soluzioni facilmente adattabili alla maglia strutturale e al sistema costruttivo scelto per la costruzione.

Le caratteristiche principali che contraddistinguono i solai in acciaio sono leggerezza, riduzione degli ingombri, velocità di messa in opera, facilità di taglio e nella realizzazione di aperture per il passaggio degli impianti.

I principali componenti dei solai in acciaio sono le lamiere grecate, prodotti piani e sottili (con spessori in genere variabili fra 0,4 e 3 mm) caratterizzati dalla presenza di nervature longitudinali trapezoidali, rettangolari o triangolari ottenute mediante formatura a freddo di nastri (profilatura in continuo) e di lamiere (pressa piegatrice), che ne conferisce resistenza strutturale, funzionalità ed estetica.

La normativa di riferimento per la produzione delle lamiere grecate è la UNI EN 1090-1 – Esecuzione di strutture di acciaio e di alluminio - Parte 1: Requisiti per la valutazione di conformità dei componenti strutturali.

Principali tipi di lamiere sottili disponibili attualmente sul mercato

Si possono identificare principalmente due famiglie di solai in acciaio: solai misti in acciaio-calcestruzzo e solai interamente a secco.

Solai misti in acciaio-calcestruzzo

I solai misti in acciaio-calcestruzzo sono generalmente costituiti da una lamiera grecata di acciaio sulla quale viene eseguito un getto di completamento strutturale in calcestruzzo normale o alleggerito.

La lamiera svolge una funzione di cassero “a perdere” durante la costruzione, evitando anche l'uso di puntelli e casserature, e può costituire parte o tutta l’armatura longitudinale a seguito dell’indurimento del calcestruzzo.

L’adesione del calcestruzzo alla lamiera è assicurata da opportune lavorazioni superficiali (bugnature) sulle costole delle nervature o da particolari conformazioni della sezione trasversale.

Solai in struttura mista acciaio – calcestruzzo

Il solaio misto è realizzato estendendo l’effetto di collaborazione strutturale alle travi di orditura del solaio: prima di effettuare il getto, sulle travi vengono fissati mediante saldatura ad arco dei pioli metallici, i quali, attraversando la lamiera, rendono solidali le travi di acciaio del solaio ed il sovrastante getto in calcestruzzo, come indicato nella figura seguente.

Realizzazione di solaio praticabile con struttura mista acciaio-calcestruzzo

Solaio misto acciaio-calcestruzzo per una struttura multipiano in carpenteria metallica

Per la verifica delle solette miste acciaio-calcestruzzo è necessario fare riferimento al §4.3.6 delle NTC 2018.

Le verifiche allo stato limite ultimo da effettuare sono a flessione, scorrimento, taglio e a punzonamento.

Per gli stati limite di esercizio è necessario verificare la fessurazione del calcestruzzo e la deformabilità (inflessione).

È inoltre necessario considerare due differenti situazioni di progetto per i solai misti:

• Fase di costruzione, durante la quale la lamiera grecata svolge la funzione di cassero autoportante soggetto al proprio peso, quello del calcestruzzo, degli operai, macchinari ed eventuali oggetti a deposito. È necessario considerare gli eventuali effetti dovuti alla presenza dei puntelli, mentre l’inflessione della lamiera sotto il peso del calcestruzzo fresco non deve essere maggiore di L/180 o 20 mm, essendo L la luce effettiva della campata fra due appoggi definitivi o provvisori;
• Maturazione avvenuta del calcestruzzo, in cui gli eventuali puntelli sono stati rimossi e il carico è interamente affidato alla soletta composta.

Di seguito si illustrano le principali raccomandazioni normative:

• Lamiera grecata: spessore minimo non inferiore a 0,8 mm, oppure 0,7 a patto che in fase esecutiva si adottino accorgimenti idonei per il transito in sicurezza dei mezzi d’opera e del personale;
• Soletta calcestruzzo: spessore complessivo della soletta non inferiore a 80 mm, 40 mm al di sopra dell’estradosso della lamiera; se la soletta viene combinata con la trave a comporre una membratura composta oppure se viene usata come diaframma, le grandezze diventano rispettivamente 90 mm e 50 mm.
• Requisiti per gli appoggi: per solette sostenute da travi in acciaio, la larghezza dell’appoggio non deve risultare inferiore a 75 mm, anche nel caso di lamiere sovrapposte o continue, con una dimensione di appoggio del bordo della lamiera grecata di almeno 50 mm. 

Solai interamente a secco

Nella loro forma più semplice, questi solai sono realizzati semplicemente con fogli di lamiera grecata. L’ampiezza delle luci che la lamiera grecata è capace di coprire varia prevalentemente in funzione dello spessore del foglio, della profondità delle nervature e della distanza tra una nervatura e l’altra. 

Gli impalcati cellulari, che utilizzano fogli di lamiera grecata sovrapposti e saldati a fogli di lamiera piana, sono capaci, grazie alle loro doti di elevata rigidezza, di sostenere i normali carichi gravanti su un solaio anche senza getto di calcestruzzo integrativo.

Esistono altri sistemi innovativi di solai completamente a secco realizzati mediante travi reticolari composte da profili sottili formati a freddo CFS (Cold Formed Steel), impiegate specialmente nelle strutture in Light Steel Frame, alle quali sono avvitati direttamente dei pannelli OSB di irrigidimento. 

I solai interamente a secco garantiscono estrema leggerezza alla struttura riducendo ulteriormente le masse sismiche, garantendo inoltre tempi di posa in opera estremamente ridotti.

Esempio di solaio interpiano interamente a secco

Le NTC 2018 forniscono indicazioni in merito alla progettazione di strutture realizzate con profili sottili formati a freddo, e rinviano i problemi specifici a normative di comprovata validità, fra cui gli Eurocodici.

La norma UNI EN 1990:2006 "Eurocodice - Criteri generali di progettazione strutturale" e la UNI EN 1993-1-3: “Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture di acciaio. Parte 1-3: Regole generali – Regole supplementari per l’impiego dei profilati e delle lamiere sottili piegati a freddo” rappresentano le normative di riferimento per la progettazione delle lamiere grecate e delle membrature in CFS. Le norme in questione prevedono la possibilità di verificarne il comportamento mediante un approccio di tipo teorico oppure mediante un approccio di tipo sperimentale, il più delle volte richiamato “Design assisted by testing”.

Le prove sperimentali sulle pareti in CFS hanno lo scopo di studiare il comportamento nei confronti dell’azione concomitante dei carichi verticali e dei carichi orizzontali che nascono per effetto del vento o del sisma.

Sistema Slim-Floor

Impiegati sempre con maggior frequenza, il sistema di solai a spessore ridotto, denominato “Slim Floor”, rappresenta una soluzione innovativa, rapida ed economica, che consiste nell’impiego di travi in acciaio particolari, dotate di un’ala inferiore più ampia rispetto all’ala superiore, unitamente ad una soletta in cemento armato gettato in opera su lamiera grecata o con elementi precompressi alveolari.

Questa configurazione permette di alloggiare i pannelli di solaio direttamente sulla flangia inferiore della trave, realizzando così un solaio costituito da questi due componenti.

In questo sistema vengono utilizzate particolari travi integrate tipo IFB (Integrated Floor Beam) e SFB (Slim Floor Beam) commercializzate con brevetto da alcuni produttori.

Le maglie ricorrenti dell’ossatura sono formate da:

• Travi metalliche con campate comprese tra 5,00 e 9,00 m
• Elementi di solai di luce comprese tra 6,00 e 14,00 m

Appositamente studiata per eliminare le linee d’imposta all’altezza dei solai, questa combinazione ottimizza il volume utile del fabbricato, offrendo ulteriori vantaggi tecnici ed economici fra cui:

• Riduzione dello spessore del solaio
• Integrazione sotto pannello degli impianti tecnologici
• Utilizzo di elementi prefabbricati
• Alleggerimento della costruzione
• Soletta in spessore di solaio
• Facilità di montaggio
• Costo ridotto delle opere
• Protezione integrata al fuoco (fino a R90)
   

Esempio d’impiego di travi IFB – Centro polifunzionale Area 22 presso Rovereto (TN)

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Immagini: gentile concessione ArcelorMittal SA, Manni Green Tech srl