Progettazione strutturale e dei collegamenti per 74 silos per materiali di riciclo sotto carichi estremi
Al centro del progetto vi erano 74 nuovi silos per materiali di riciclo con altezze strutturali fino a 35 m. L'impianto era completato da ponti tubazione, piattaforme di manutenzione, passerelle e torri scale di emergenza. Con circa 800 t di acciaio installato, il progetto si è sviluppato come uno dei più impegnativi progetti industriali realizzati dall'azienda. La combinazione di elevati carichi verticali, dettagli di collegamento complessi e maggiori requisiti sismici ha reso necessaria una pianificazione digitale precisa nonché verifiche strutturali trasparenti e verificabili.
Panoramica del progetto
Il nuovo impianto silos è stato concepito come componente centrale dell'ampliamento dello stabilimento. Serve per lo stoccaggio di grandi quantità di materiali riciclabili destinati alla lavorazione industriale. L'installazione comprende diversi gruppi di silos di diverse dimensioni, interconnessi da un sistema complesso di tubazioni, passerelle di manutenzione e strutture in acciaio.
La varietà geometrica dei silos era eccezionale. I diametri variano da 2,5 m a 4,5 m e i volumi di stoccaggio oscillano tra 125 m³ e 400 m³. In condizione di pieno carico, ogni singolo silo raggiunge un peso operativo fino a 350 t. Inoltre, ponti tubazione, piattaforme e sistemi di scale di emergenza dovevano essere integrati nel sistema strutturale globale per garantire un funzionamento sicuro, nonché l'accesso per la manutenzione e le vie di fuga ad altezze fino a 35 m.
Sfide ingegneristiche
Una sfida fondamentale è emersa già nella fase di progettazione concettuale delle sottostrutture dei silos. I contenitori, con altezze fino a 35 m, sono supportati su travi ad anello circolare, attraverso le quali gli elevati carichi verticali devono essere trasmessi uniformemente alla sottostruttura in acciaio. Anche lievi deviazioni geometriche possono causare eccentricità indesiderate e tensioni aggiuntive nel guscio del silo.
Per ridurre questi rischi, i componenti strutturali essenziali sono stati preassemblati nei laboratori di produzione di Stahlbau Süssen. Questo controllo di montaggio e qualità ha garantito che le travi ad anello, gli elementi delle piattaforme e i dettagli di collegamento potessero essere eretti in cantiere con elevata precisione.
Ulteriore complessità è derivata dall'interazione tra i vari componenti strutturali. Colonne principali, travi ad anello, sistemi di controvento, ponti tubazione e piattaforme dovevano essere coordinati all'interno di un sistema strutturale globale tridimensionale. Allo stesso tempo, dovevano essere considerati effetti significativi derivanti dal peso proprio, dai carichi variabili, dalle condizioni operative e dagli effetti dinamici.
Progettazione sismica sotto azioni elevate
Una sfida particolare è derivata dalla posizione del progetto a Rheinfelden, nel Graben del Reno Superiore. Il sito si trova in una regione con elevata attività sismica. In combinazione con le considerevoli altezze strutturali e le grandi masse in movimento, ciò comporta significative azioni orizzontali e corrispondentemente elevate forze interne.
L'intera struttura è stata modellata in Dlubal RSTAB. Il modello globale dettagliato ha consentito la determinazione precisa delle reazioni vincolari e delle forze interne per la successiva progettazione. Tuttavia, i giunti fortemente sollecitati e i massicci collegamenti di base hanno richiesto un'analisi avanzata che andasse oltre i convenzionali metodi di verifica semplificati (Figure 5a, 5b).
Le procedure di verifica convenzionali avrebbero comportato un considerevole sforzo manuale a causa dell'elevato numero di collegamenti e della complessità delle combinazioni di carico. Allo stesso tempo, vi era il rischio che ipotesi eccessivamente semplificate potessero portare a strutture inutilmente pesanti.
Soluzione con IDEA StatiCa
Per la verifica dei collegamenti determinanti, il team ha utilizzato IDEA StatiCa Connection in combinazione con IDEA StatiCa Checkbot. Grazie all'interfaccia diretta con RSTAB, le forze interne calcolate hanno potuto essere trasferite alla progettazione dei collegamenti senza passaggi intermedi manuali.
Ciò ha consentito un flusso di lavoro digitale continuo tra il modello strutturale globale e la progettazione di dettaglio. Gli ingegneri hanno così potuto analizzare i giunti maggiormente sollecitati e valutare le distribuzioni delle tensioni nonché le deformazioni plastiche in modo trasparente e affidabile.
In particolare per le piastre di base e i collegamenti delle colonne principali, la tecnologia CBFEM ha fornito preziose informazioni sul comportamento portante delle zone di collegamento. I picchi di tensione locali sono stati identificati e ridotti mediante misure mirate, come l'aggiunta di irrigidimenti. Allo stesso tempo, è stato verificato che tutti i collegamenti soddisfino i livelli di sicurezza richiesti anche in condizioni di carico eccezionali.
Risultati
Combinando la modellazione globale in RSTAB con la progettazione dei collegamenti in IDEA StatiCa, Stahlbau Süssen ha potuto eseguire la progettazione strutturale preliminare e di dettaglio per i 74 silos e le strutture accessorie associate in modo efficiente e trasparente.
La coerenza digitale tra l'analisi strutturale globale e la progettazione locale dei collegamenti ha ridotto significativamente lo sforzo manuale e minimizzato i potenziali errori di trasferimento. Allo stesso tempo, l'analisi dettagliata dei giunti ha consentito un'ottimizzazione mirata della struttura senza compromettere i margini di sicurezza richiesti.
Il risultato è una struttura in acciaio ad alte prestazioni con un peso totale di circa 800 t, che soddisfa sia le eccezionali azioni operative sia i maggiori requisiti sismici del sito. La stretta integrazione tra progettazione strutturale, dettaglio costruttivo e produzione ha consentito la realizzazione in sicurezza di uno dei più grandi progetti di silos nel portafoglio dell'azienda.
Sull'ingegnere strutturale
Bilal Al Dukhan è ingegnere civile e ingegnere strutturale presso Stahlbau Süssen GmbH. Nell'ambito del progetto, è stato responsabile di parti essenziali della progettazione strutturale preliminare e di dettaglio, nonché della progettazione dei collegamenti in acciaio. Il suo focus è orientato verso soluzioni economiche e pratiche per strutture complesse nell'ambito dell'edilizia industriale e delle costruzioni in acciaio.
Prova IDEA StatiCa gratuitamente
