La modellazione di edifici in legno intelaiati leggeri

Il settore delle costruzioni in legno ha recentemente avuto una rapida espansione anche per quanto riguarda gli edifici multipiano, realizzati principalmente con elementi prefabbricati a pannello, del tipo intelaiato leggero o in XLAM. La prefabbricazione permette di ridurre in modo importante i tempi di costruzione anche perché, essendo il legno un materiale leggero, ogni elemento può essere facilmente trasportato e maneggiato in cantiere. Il montaggio risulta poi estremamente veloce in quanto viene effettuato a secco, senza la necessità di attendere i tempi tipici delle soluzioni in calcestruzzo armato o in muratura. L’assemblaggio avviene mediante l’utilizzo di collegamenti meccanici di facile installazione (principalmente piastre di acciaio, angolari, viti, chiodi). Proprio per la presenza di tali collegamenti strutturali, i quali giocano un ruolo fondamentale nella risposta sismica degli edifici, la modellazione delle strutture lignee a pareti portanti mediante software ad elementi finiti risulta piuttosto complessa. Nello specifico la modellazione comporta per il progettista strutturale un notevole dispendio di tempo, dovendo procedere al calcolo delle rigidezze dei diversi componenti della parete e al successivo assemblaggio mediante gli strumenti messi a disposizione dal software in uso.

Una parete intelaiata (platform frame) consiste di una serie di montanti e traversi di legno opportunatamente controventati da pannellature (a base di legno o in altri materiali) necessarie per trasmettere i carichi orizzontali in fondazione.

Figura 1 Esempio di una parete intelaiata leggera

Per una parete intelaiata leggera una modellazione raffinata può portare all’utilizzo di elementi del tipo “frame” per i montanti e i traversi, elementi del tipo “shell” per i pannelli di controventamento ed infine elementi “link” per schematizzare i collegamenti sia interni (chiodatura dei pannelli al telaio) sia esterni (ancoraggi a vincolo della parete). Al fine di snellire le operazioni legate alla modellazione e alla progettazione degli elementi strutturali può essere interessante adottare modelli analitici sviluppati ad hoc, in grado di garantire risultati adeguati e affidabili con l’ulteriore vantaggio di essere meno dispendiosi in termini di tempo e molto più gestibili.

In questa pubblicazione si mostrerà un confronto tra la modellazione di una parete intelaiata con un programma agli elementi finiti e mediante il modello analitico sviluppato all’Università di Trento (implementato nel software TimberTech Buildings).

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TimberTech Buildings: venduto in 14 stati

Dopo molto e lungo lavoro siamo orgogliosi di condividere questo nostro importante risultato riguardante il software TimberTech Buildings. Grazie anche alla traduzione in quattro lingue (italiano, inglese, spagnolo e greco) siamo riusciti a venderlo e distribuirlo in 14 stati in tutto il mondo.

Nella cartina sottostante è possibile visualizzare il luogo in cui sono state attivate alcune delle licenze (sia acquistate sia del tipo “educational” date in uso a studenti e professori).

I nostri rivenditori all’estero.

Esempio di progettazione di un edificio in XLAM

Il ricorso alle costruzioni in legno sta assumendo negli ultimi anni un’importanza sempre maggiore, ponendosi come valida alternativa ai sistemi costruttivi tradizionali. Gli edifici a struttura lignea garantiscono infatti ottimi livelli di comfort abitativo e offrono, anche grazie alla ridotta massa volumica del materiale, buone prestazioni nei confronti delle azioni sismiche.

Gli edifici in XLAM sono composti da pannelli multistrato in cui la continuità strutturale tra gli elementi è garantita da sistemi di connessione, la cui modellazione riveste un ruolo fondamentale nella determinazione della rigidezza del sistema e nella corretta valutazione del comportamento sismico della struttura nel suo complesso.

Si presenta il modello generato con TimberTech Buildings di un edificio in XLAM, oggetto di test su tavola vibrante presso il laboratorio LNEC di Lisbona (nell’ambito del progetto europeo SERIES).

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Edificio testato su tavola vibrante presso il laboratorio LNEC di Lisbona

L’edificio testato, 3 piani di superficie pari a circa 30 m²,  è stato realizzato con pannelli di parete a 3 strati e pannelli di solaio a 5 strati.  La trasmissione degli sforzi di trazione è garantita da hold-down, mentre la trasmissione delle forze di taglio è garantita da angolari a taglio.

Una descrizione completa dell’edificio e dei risultati sperimentali è riportata nel report di prova Campos Costa A., Xavier Candeias P., Schickhofer G., Flatscher G. Seismic performance of multi-storey timber buildings –TUGraz building – Final report, SERIES, Timber Building Project, 2013.

In figura si mostra un confronto tra i primi 3 modi di vibrare ottenuti dai test sperimentali e dal modello numerico, che coglie con buona approssimazione i valori misurati.

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Modi di vibrare dell’edificio in XLAM testato su tavola vibrante nel progetto SERIES: a) valori sperimentali b) valori derivanti dalla modellazione con il software TimberTech Buildings

 

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Il significato del coefficiente di fessurazione kcr

Il coefficiente kcr (cracking factor) è stato introdotto per tener conto dell’influenza delle fessurazioni negli elementi lignei. Quindi, nel caso di sezione rettangolare, la tensione va calcolata considerando una larghezza efficace dell’elemento ridotta tramite il coefficiente di fessurazione kcr; si veda a tal proposito il p.to 6.1.7 UNI EN 1995-1-1: 2014.

Nel caso di sezione rettangolare, la tensione va calcolata considerando:

T = 1,5 V / (kcr b h)

A fronte di questa riduzione della base dell’elemento vi è stata la rielaborazione dei profili caratteristici sia per il legno massiccio a sezione rettangolare (UNI EN 338) che per il legno lamellare incollato (UNI EN 14080: 2013).

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Nuova marcatura CE del legno lamellare

Con la fine del periodo di coesistenza, a partire dall’08.08.2015, il legno lamellare deve essere marcato CE in accordo con la norma EN 14080:2013: cambiano sia le prescrizioni riguardanti la produzione del legno lamellare incollato che del legno massiccio incollato. I cambiamenti riguardano non solo le esigenze di produzione ma anche le classi di resistenza e i profili prestazionali: il progettista dovrà quindi scegliere la corretta classe di resistenza degli elementi portanti in legno.

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The seismic behaviour of buildings erected in Solid Timber Construction

E’ ora disponibile per il download nella sezione pubblicazioni il report redatto dall’Università di Graz (Institute of Timber Engineering and Wood Technology) “The seismic behaviour of buildings erected in Solid Timber Construction, G. Schickhofer, A. Ringhofer” relativo alla progettazione sismica di un edificio in XLAM di cinque piani in accordo con la norma EN 1998. Nella sezione Tutorials & Samples è possibile scaricare il file di esempio della struttura rimodellata mediante il software TimberTech Buildings.

Edificio residenziale in XLAM

Edificio di nuova costruzione a destinazione residenziale realizzato ad una quota di circa 750 m s.l.m. costituito da un piano terra realizzato con struttura portante in pareti XLAM 100 mm 5 strati C24 e da una copertura in travi in legno lamellare GL24h e travetti in legno massiccio bilama C24. Le pareti in legno XLAM appoggiano a terra mediante un cordolo-fondazione in c.a. al quale sono collegate con ancoraggi a trazione Hold-down tipo WHT440 con chiodi Anker e tassello chimico M16 e ancoraggi a taglio tipo WBR100 con rinforzo con viti 5,0 x 60 e tasselli chimici M10.

Progetto strutturale realizzato dall’ing. Mirko Rizzi, Cavizzana (TN)
www.rizzimirko.it
http://progettazionestrutture.blogspot.it