Progetto non lineare di una trave alta in C.A. con più aperture in Croazia

Il progetto

Una trave alta corre lungo l'asse "2" attraverso tutti e cinque i livelli dell'edificio (seminterrato, piano terra, primo e secondo piano e tetto). Al livello del seminterrato, la trave si estende per 11,1 metri senza sostegno, mentre ogni piano superiore contiene aperture di porte più piccole, volutamente sfalsate in pianta. Per far fronte alle azioni più elevate, la trave del seminterrato ha uno spessore di 25 cm, che si riduce a 20 cm sopra il livello del suolo. Le pareti del seminterrato utilizzano calcestruzzo C30/37; i livelli superiori utilizzano C25/30, con armatura B500 e reti Q385 su entrambe le facce. Intorno alle aperture, un'armatura di confinamento di barre nervate 4×Ø20 reindirizza in modo sicuro le forze. Non essendoci un architrave tra la grande apertura del seminterrato e la porta del piano terra - solo una soletta copre questo spazio - la geometria richiedeva un modello RC realistico piuttosto che una teoria semplificata delle travi.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Modello di trave altain IDEA StatiCa Detail}}}\]

Sfide ingegneristiche

Questa trave non era un caso da manuale di azione del telaio, ma una vera e propria regione di discontinuità, con sollecitazioni definite dalla geometria piuttosto che dall'equilibrio. La combinazione di una lunga apertura nel seminterrato e di porte superiori sfalsate interrompeva il flusso naturale delle forze e creava concentrazioni di sollecitazioni localizzate intorno alle aperture. L'assenza di un architrave tradizionale tra l'apertura del seminterrato e quella del piano terra ha complicato ulteriormente il percorso del carico, con parte del carico trasportato direttamente attraverso la soletta.

L'applicazione della teoria delle travi o della FE elastica lineare avrebbe travisato queste condizioni, assumendo che le sezioni piane rimangano piane e che il calcestruzzo non si fessuri. Tali semplificazioni rischiano di produrre risultati non conservativi, trascurando l'ampiezza delle fessure e le concentrazioni locali di deformazione, oppure di realizzare dettagli eccessivamente conservativi, con colonne o travi profonde non necessarie. Era necessario un approccio in grado di rappresentare la fessurazione e il rammollimento a compressione, l'irrigidimento a trazione, gli effetti di creep e il bond-slip tra acciaio e calcestruzzo.

In pratica, un pacchetto FE non lineare di uso generale potrebbe gestire questo aspetto, ma la costruzione di un modello di questo tipo per una singola regione di discontinuità richiederebbe molto tempo e non sarebbe parametrico. Per la progettazione di tutti i giorni, questo dispendio di tempo è raramente fattibile, ed è per questo che era essenziale uno strumento integrato basato sul Metodo del Campo di Tensione Compatibile.

Soluzioni e risultati

Gli ingegneri hanno utilizzato IDEA StatiCa Detail e il flusso di lavoro 2D Walls per creare un modello di shell a sollecitazione piana del calcestruzzo, con barre 1D collegate da vincoli MPC. L'analisi non lineare con il metodo Newton-Raphson ha spinto il modello a limiti significativi, verificando le deformazioni del calcestruzzo, le deformazioni delle armature e lo scorrimento all'interfaccia acciaio-calcestruzzo. Tutti i risultati sono stati verificati secondo la norma EN 1992-1-1, consentendo di calare i risultati direttamente nel progetto statico.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Tensioni di compressione nel calcestruzzo della trave alta}}}\]

L'ottimizzazione della topologia si è rivelata decisiva. Eseguendo iterazioni con volumi effettivi del 20% e del 40%, lo strumento ha rivelato chiari percorsi di forza e traiettorie di rinforzo. Questo ha confermato dove l'armatura inclinata era essenziale (intorno all'apertura del seminterrato e alle porte sfalsate) e dove l'acciaio aggiuntivo non avrebbe aggiunto valore. Il team ha aggiunto tre gruppi di barre inclinate 4Ø20, raggiungendo la sicurezza senza colonne pesanti o travi ribassate profonde.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Ottimizzazione della topologia in IDEA StatiCa Detail (40\%\ di volume effettivo)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Armatura aggiuntiva basato sull'ottimizzazione della topologia}}}\]

Il risultato ha portato vantaggi sia strutturali che architettonici: un intradosso piatto sopra l'apertura del seminterrato, una migliore disposizione dei parcheggi e del flusso del traffico, e nessuna necessità di scavi più profondi - un fattore chiave con il seminterrato sotto il livello del mare. Poiché le fessure e la funzionalità sono state dimostrate in modo realistico, l'investitore ha approvato lo schema ottimizzato. I rapporti automatici e i programmi di armatura hanno semplificato la documentazione e ridotto il lavoro di coordinamento.

Informazioni su Superstructure d.o.o.

Superstructure d.o.o. è una società di ingegneria strutturale e consulenza tecnica con sede a Zara, in Croazia, fondata e guidata da Ante Uglešić. Fondato nel 2023, lo studio fornisce servizi di progettazione e supervisione della costruzione di progetti locali e regionali, offrendo agilità e competenze personalizzate ai clienti.