Struttura sismoresistente a solaio composto acciaio-legno per l'edilizia residenziale sociale

Studio di una particolare soluzione ibrida per la realizzazione di strutture leggere e resistenti ad elementi portanti in acciaio e misti composti da pannelli CLT e profilati in acciaio.

Valutazione della risposta di un solaio di un edificio tipo destinato all’edilizia residenziale sociale: principali risultati dalle prove sperimentali e dalle analisi numeriche.

Gli edifici moderni sono generalmente costruiti prestando particolare attenzione all’uso di materiali e tecnologie costruttive che favoriscano la sostenibilità edilizia e assicurino un adeguato comportamento sismoresistente alla struttura. Il pannello di compensato di tavole incrociate incollate, in breve CLT, rappresenta uno tra i prodotti lignei più utilizzati nell’edilizia residenziale, grazie anche alla sua intrinseca flessibilità d’uso strutturale. Può essere adoperato indistintamente sia per costruire manufatti interamente in legno, in particolare strutture multipiano, sia per realizzare strutture ibride in calcestruzzo-legno o acciaio-legno. In questo lavoro viene studiata una particolare soluzione ibrida per la realizzazione di strutture leggere e resistenti ad elementi portanti in acciaio e misti acciaio-legno. La stabilità globale nei confronti delle azioni sismiche è garantita dall’interazione tra le pareti controventanti verticali e i solai a soletta collaborante in pannelli CLT. In particolare, la collaborazione tra i pannelli CLT e le travi in acciaio conferisce ai solai leggerezza, elevate capacità portanti, ma soprattutto un adeguato comportamento a diaframma nel piano e flessionale nel fuori piano. Nel documento saranno presentati i principali risultati ottenuti dalle prove sperimentali e dalle analisi numeriche con l’intento di valutare la risposta del solaio di un edificio tipo destinato all’edilizia residenziale sociale.

INTRODUZIONE
Questo lavoro è finalizzato all’implementazione di un sistema costruttivo moderno, sostenibile, per l’edilizia residenziale del Social Housing. La struttura è realizzata assemblando in opera degli elementi costruttivi prefabbricati dalle dimensioni standardizzate e modulari. In particolare, la struttura ibrida di riferimento sfrutta al meglio la tecnologia costruttiva propria dei sistemi in acciaio, fortemente industrializzata, nonché i vantaggi offerti dall’uso dei pannelli massicci di compensato di tavole in legno, meglio noti come pannelli CLT, tra cui elevato rapporto resistenza/peso, stabilità strutturale, rigidezza nel piano e ridotto impatto ambientale (Life Cycle Assessment).
Alla struttura sono tipicamente richieste, oltre alla modularità e facilità di assemblaggio in opera, caratteristiche di flessibilità nella distribuzione degli spazi interni, anche in relazione al mutamento delle esigenze abitative nel corso del ciclo di vita della costruzione. Una struttura a scheletro portante in acciaio (travi e colonne) e orizzontamenti composti da pannelli massicci di legno CLT può quindi rappresentare una valida soluzione, soprattutto se possono essere impiegate le tecnologie di assemblaggio moderne proprie delle costruzioni metalliche e lignee. Il sistema costruttivo sviluppato in questa ricerca permette di ottimizzare le operazioni di posa in opera degli elementi costruttivi, portando inoltre a una considerevole riduzione dei tempi di realizzazione. È possibile eseguire il montaggio a secco delle singole componenti di parete e di solaio anche in condizioni climatiche avverse, e risulta inoltre agevole provvedere alla sostituzione degli elementi degradati o danneggiati in tempi successivi al completamento dell’opera.
Sistemi costruttivi ibridi portanti in acciaio-legno si possono trovare in edifici di recente costruzione, tra i quali si riportano a titolo esemplificativo il palazzo “Linea Nova” di Rotterdam, il “Quebec Six Storeys Hybrid Office Building” a Quebec City, l’“Hybrid Timber/Steel Retail Structure” realizzato in Inghilterra, lo “Scotia Place” in Nuova Zelanda e ancora l’edificio “Kanazawa M. Building” situato in Giappone. L’ibridazione acciaio-legno può essere definita a livello di materiale, di elemento costruttivo, di sistema o riguardare la struttura nel suo complesso. In questo lavoro l’ibridazione riguarda (i) la definizione di un sistema costruttivo sismoresistente fortemente industrializzato e (ii) la formazione di elementi composti acciaio-legno in grado di offrire elevate prestazioni meccaniche e limitata deformabilità.

EDIFICI MODERNI A STRUTTURA MISTA ACCIAIO-LEGNO
Il sistema costruttivo ibrido di riferimento per questo lavoro è realizzato disponendo dei telai in acciaio nelle due direzioni principali dell’edificio (Fig. 1a). La stabilità laterale della struttura viene assicurata dai sistemi controventanti misti in acciaio-legno composti da pannelli CLT e profilati in acciaio (Fig.1b). Possono essere utilizzati indistintamente profilati in acciaio laminati a caldo, elementi asimmetrici ad ali saldate o, in alternativa, profili cavi formati a caldo o piegati a freddo. Gli orizzontamenti di piano sono anch’essi realizzati combinando alla maglia principale di travi in acciaio dei pannelli di compensato di tavole di legno (CLT) irrigiditi con delle travi secondarie collaboranti disposte longitudinalmente (Fig.1b). Nel sistema costruttivo, i pannelli CLT vanno a sostituire i tradizionali elementi collaboranti a piastra e lastra in calcestruzzo armato quali solette di piano, setti verticali o nuclei di controvento, nell’intento di alleggerire la struttura e di massimizzare il livello di prefabbricazione e industrializzazione finale dei componenti.

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