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7.4.3. Tipologie strutturali e fattori di comportamento

Indice interno

• Norma
• 7.4.3.1. Tipologie strutturali
• 7.4.3.2. Fattori di comportamento
• Circolare
• C7.4.3. Tipologie strutturali e fattori di comportamento
• C7.4.3.1. Tipologie strutturali

Norma

7.4.3.1. Tipologie strutturali

Le strutture sismoresistenti in calcestruzzo armato si classificano nelle seguenti tipologie:

a) Strutture a telaio: strutture in cui la resistenza alle azioni sia verticali che orizzontali è affidata principalmente a telai spaziali, la cui resistenza a taglio alla base è non inferiore al 65% della resistenza a taglio totale.

b) Strutture a pareti: strutture in cui la resistenza alle azioni sia verticali che orizzontali è affidata principalmente a pareti, singole o accoppiate, la cui resistenza a taglio alla base è non inferiore al 65% della resistenza a taglio totale.

c) Strutture miste telaio-pareti: strutture in cui la resistenza alle azioni verticali è affidata principalmente ai telai e la resistenza alle azioni orizzontali è affidata in parte ai telai e in parte alle pareti. Al primo piano nessuna delle due tipologie sorregge più del 65% della resistenza a taglio totale.

d) Strutture a pendolo inverso: strutture in cui almeno il 50% della massa è nel terzo superiore dell'altezza, oppure in cui la dissipazione di energia avviene prevalentemente alla base di un singolo elemento strutturale.

e) Strutture a pendolo inverso intelaiate monopiano: strutture a pendolo inverso costituite da pilastri collegati in sommità da travi che non formano un telaio dissipativo con i pilastri (ad esempio strutture prefabbricate monopiano con travi semplicemente appoggiate).

f) Strutture deformabili torsionalmente: strutture nelle quali il primo modo di vibrare è un modo torsionale.

g) Strutture a pareti estese debolmente armate: strutture nelle quali la resistenza alle azioni orizzontali è affidata prevalentemente a pareti con armatura minima, progettate per un comportamento duttile limitato.

7.4.3.2. Fattori di comportamento

Il valore del fattore di comportamento \(q\) è dato dall'espressione:

\[q = q_0 \cdot K_R\]

dove:

• \(q_0\) è il valore massimo del fattore di comportamento che dipende dal livello di duttilità attesa, dalla tipologia strutturale e dalla regolarità in elevazione;
• \(K_R\) è un fattore riduttivo che vale \(1\) per costruzioni regolari in elevazione e \(0{,}8\) per costruzioni non regolari in elevazione.

Per costruzioni regolari in pianta, i valori di \(q_0\) sono indicati nella seguente tabella, in funzione della tipologia strutturale:

Strutture a telaio, miste, pareti accoppiate:

• CD"B": \(q_0 = 3{,}0 \cdot \alpha_u / \alpha_1\)
• CD"A": \(q_0 = 4{,}5 \cdot \alpha_u / \alpha_1\)

Strutture a pareti non accoppiate:

• CD"B": \(q_0 = 3{,}0\)
• CD"A": \(q_0 = 4{,}0 \cdot \alpha_u / \alpha_1\)

Strutture a pendolo inverso:

• CD"B": \(q_0 = 1{,}5\)
• CD"A": \(q_0 = 2{,}0\)

Strutture deformabili torsionalmente:

• CD"B": \(q_0 = 2{,}0\)
• CD"A": \(q_0 = 3{,}0\)

Strutture a pareti estese debolmente armate:

• CD"B": \(q_0 = 3{,}0\)

Il rapporto \(\alpha_u / \alpha_1\) vale:

• \(1{,}1\) per strutture a telaio o miste equivalenti a telaio a una campata;
• \(1{,}2\) per strutture a telaio o miste equivalenti a telaio a più campate;
• \(1{,}0\) per strutture a pareti o miste equivalenti a pareti con sole due pareti non accoppiate per direzione;
• \(1{,}1\) per strutture a pareti o miste equivalenti a pareti con più di due pareti non accoppiate per direzione;
• \(1{,}2\) per strutture miste equivalenti a pareti o a telaio con più pareti accoppiate per direzione.

dove:

• \(\alpha_1\) è il moltiplicatore dell'azione sismica orizzontale per il quale si verifica, nella struttura, la formazione della prima cerniera plastica;
• \(\alpha_u\) è il moltiplicatore dell'azione sismica orizzontale per il quale si verifica la formazione di un numero di cerniere plastiche tale da rendere la struttura labile, ovvero si raggiunge il 90% della resistenza massima in un'analisi incrementale.

Valori superiori di \(\alpha_u / \alpha_1\) possono essere utilizzati purché ottenuti da analisi statiche non lineari (pushover), comunque nel rispetto del limite \(\alpha_u / \alpha_1 \leq 1{,}5\).

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Circolare

C7.4.3. Tipologie strutturali e fattori di comportamento

C7.4.3.1. Tipologie strutturali

La norma identifica le tipologie strutturali, classificandole essenzialmente in base alla tipologia delle strutture verticali che contribuiscono maggiormente alla resistenza laterale. Ciò significa che l'individuazione della tipologia è possibile, a rigore, solo a progettazione avvenuta e, considerato che i fattori di comportamento e dunque l'azione sismica di progetto dipendono proprio dalla tipologia, il processo dovrebbe essere di necessità iterativo.

In realtà, almeno in prima battuta, per l'identificazione della tipologia strutturale, si può valutare la percentuale del taglio totale al piede agente su ciascun tipo di struttura verticale sismoresistente (telaio, parete, ecc.) a partire dalle rigidezze relative, quindi in base alla ripartizione delle sollecitazioni ottenuta attraverso un modello elastico. Sarebbe pertanto opportuno verificare, almeno a fine progettazione, la ripartizione delle resistenze rispetto alla resistenza a taglio totale, o comunque tenere debitamente conto delle eventuali incertezze nell'individuazione della tipologia strutturale ai fini della determinazione del fattore di comportamento.

Le strutture dotate di rigidezza e/o resistenza torsionale basse sono deformabili torsionalmente; per tali tipologie strutturali occorre evitare o limitare, quanto più possibile, le eccentricità tra il centro di massa ed il centro di rigidezza, in quanto l'attivazione di modi di vibrare torsionali può provocare amplificazioni significative degli effetti legati all'azione sismica. Qualora non si riesca, modificando opportunamente la geometria e la disposizione degli elementi strutturali, a ridurre la significatività dei modi torsionali, la norma tende a penalizzare la struttura, particolarmente nei telai perimetrali, per tener conto dell'incremento della domanda di duttilità dovuta alla torsione d'insieme.

Da un punto di vista operativo, ciò si traduce in una riduzione significativa del fattore di comportamento e nel conseguente incremento dell'azione sismica di progetto. Secondo quanto prescritto al § 7.4.3.1, le strutture deformabili torsionalmente sono tipologie strutturali la cui rigidezza torsionale non soddisfa ad ogni piano la condizione \(r^2/l_s^2 > 1\).

Il parametro \(r\) è il raggio torsionale, che può essere così calcolato:

\[r = \sqrt{\frac{K_\theta}{K}} \tag{C7.4.1}\]

dove:

• \(K_\theta\) è la rigidezza torsionale di piano rispetto al centro di rigidezza;
• \(K\) è la maggiore tra le rigidezze di piano.

Per la determinazione della rigidezza torsionale e flessionale di piano occorre considerare tutti gli elementi strutturali primari.

Il parametro \(l_s\) è il raggio di inerzia delle masse, che è pari alla radice quadrata del rapporto tra il momento di inerzia polare della massa del piano, rispetto ad un asse verticale passante per il centro di massa, e la massa del piano stesso. Nel caso di pianta rettangolare e distribuzione uniforme delle masse, è valida la formulazione semplificata proposta dalla norma al § 7.4.3.1; tale espressione può essere estesa a tutte le strutture che rispettano i requisiti di regolarità in pianta, considerando \(L\) e \(B\) come le dimensioni medie dell'ingombro lungo le due direzioni principali.

Alternativamente l'individuazione delle strutture deformabili torsionalmente può essere effettuata valutando il rapporto \(\Omega\) tra i periodi dei modi di vibrare:

\[\Omega = \frac{T}{T_\theta} \tag{C7.4.2}\]

dove:

• \(T\) Periodo traslazionale disaccoppiato;
• \(T_\theta\) Periodo torsionale disaccoppiato.

Se \(\Omega\) è maggiore di 1 la risposta è principalmente traslazionale, se inferiore ad 1 la risposta è dominata da un comportamento torsionale, dunque la struttura viene classificata come deformabile torsionalmente.