Sabato De Simone

Ingegnere Civile e Ambientale

Struttura per ascensore ancorata all'edificio servito

Opera: Progetto, calcolo e direzione dei lavori strutturali per la realizzazione di un ascensore a servizio di un edificio esistente.

Struttura portante: Acciaio

Comune: Nocera Superiore (SA)

Anno: 2014

Pannelli di chiusuraL'ascensore è al servizio di un edificio per civili abitazioni di quattro piani a pianta rettangolare con struttura in cemento armato.

Il corpo ascensore si colloca esternamente all'edificio, in adiacenza al suo lato Sud e conduce ai balconi dell'edificio stesso.

La struttura dell'ascensore è un castelletto in acciaio da carpenteria metallica; ha un'altezza di 15,5 m misurata dalla fossa dell'ascensore ed è rettangolare in pianta, con dimensioni di 2030 mm x 1645 mm. È costituita da:

  • quattro colonne con profilo a L posizionate nei quattro vertici del vano ascensore;
  • travi orizzontali ordite in due direzioni;
  • un sistema di controventi.

La fondazione

Platea e paretine in c.a.Il castelletto è fondato su una platea con spessore di 1,10 m e dimensioni in pianta di 3,13 m x 2,75 m. Lo spessore così elevato è motivato da una preesistente vasca di raccolta delle acque nere proprio in corrispondenza del punto in cui installare l’ascensore; la vasca viene rimossa e la fondazione è così spessa al fine di avere il suo piano di posa a una profondità maggiore rispetto a quello della vasca.

Oltre che le sollecitazioni provenienti dalle colonne del castelletto, in fondazione sono stati applicati dei carichi verticali concentrati nei punti in cui verranno installate le guide dell'ascensore. L'entità e la posizione di questi carichi è stata desunta dal progetto dell'impianto ascensore, eseguito dall'azienda produttrice e fornitrice dell'elevatore.

La struttura in elevazione

Il castelletto è esposto all’azione del vento che, unitamente all’altezza della struttura, richiede che questa sia ancorata all’edificio in c.a. servito.

Struttura per ascensore in acciaio ancorata all'edificio in CA servito - Vista 2Per via di tali collegamenti, la struttura in c.a. e quella in acciaio interagiscono, oltre che in condizioni di carico da vento, anche nelle condizioni sismiche.

Per questa ragione gli ancoraggi della struttura in acciaio a quella in c.a. non possono essere considerati come vincoli fissi nella modellazione strutturale, in quanto nelle combinazioni sismiche l’edificio in c.a. esibisce degli spostamenti, imponendoli anche all’ascensore.

Il calcolo è stato quindi condotto sulle due strutture (in c.a. e in acciaio) nella loro globalità, in modo da considerare gli effetti degli spostamenti imposti all'ascensore dal fabbricato servito.

Ancoraggi al fabbricato

Gli ancoraggi sono posizionati, lungo lo sviluppo in altezza del castelletto, su ogni balcone dell'edificio in c.a. tranne che al piano rialzato. A ciascun piano, l'ancoraggio consiste in una coppia di travi HE 120 B disposte sui fianchi del castelletto, esternamente al vano ascensore, ordite in direzione ortogonale alla facciata dell'edificio servito. Poiché la loro funzione è di limitare gli spostamenti orizzontali del castelletto dovuti all'azione del vento parallelo alla facciata, le travi di ancoraggio HEB sono ruotate di 90°. Vale a dire che la sezione delle HEB è disposta con l'anima in direzione orizzontale e le due ali in direzione verticale.

Tav.7C-Ancoraggi ai balconiProspettiva della trave di ancoraggioCiascuna trave HEB è collegata a due colonne a L del castelletto tramite bulloni, ed è collegata al frontalino del balcone con una piastra di ancoraggio con quattro tirafondi inghisati in due travetti consecutivi del balcone (due tirafondi in ciascun travetto). Vista la notevole distanza (500 mm) tra le due coppie di tirafondi, sulla piastra sono saldati due costoloni di irrigidimento. Gli ancoraggi delle travi HEB ai balconi replicano in effetti la tipologia di collegamento utilizzata solitamente ai nodi di base delle colonne, con la differenza che in questo caso la membratura ancorata (trave HEB) è disposta in orizzontale anziché in verticale.

Si hanno due travi HEB per ciascuno dei tre balconi a cui si ancorano, per un totale di sei travi HE 120 B e altrettante piastre di ancoraggio.

Ancoraggi all'edificioProspettiva della trave di ancoraggioProspettiva della trave di ancoraggioAncoraggio ai balconi

Travi intermedie del castelletto

Ad eccezione delle HEB e dell'impalcato di sommità, le travi orizzontali utilizzate lungo tutto lo sviluppo verticale sono dei profilati non commerciali sagomati a forma di C con spessore di 3 mm.

La loro disposizione lungo il castelletto è dettata dal progetto dell'impianto ascensore, che richiede il loro posizionamento a quote ben precise ove montare le staffe che collegano le guide dell'ascensore al castelletto.

Anche la forma delle sezioni sagomate a C è in funzione delle modalità di montaggio delle staffe.

Nel modello di calcolo, sulle travi a C sono stati applicati dei carichi concentrati verticali e/o orizzontali di entità e posizione ben specificati nel progetto dell'impianto ascensore.

Tav.7E-Collegamento colonna L - trave a CNodo colonna - travi a CProfilo a C della trave di facciataProfilo a C della trave lateraleVista dall'interno del castelletto

Controventi

La struttura in acciaio è stata considerata a nodi fissi, ma è stato necessario controventarla su uno dei suoi quattro lati in pianta. Infatti:Tav.6-Telaio T4

  • l'ipotesi di nodi fissi in direzione ortogonale alla facciata è rispettata dagli ancoraggi delle travi HEB, che lavorano a compressione per vento che investe la facciata e a trazione per vento uscente dalla facciata. (È da notare che quest'ultimo carico da vento è di entità dimezzata rispetto al vento nel verso opposto);
  • l'ipotesi di nodi fissi in direzione parallela alla facciata è rispettata, per il lato del castelletto adiacente la facciata, dalla distanza minima del lato stesso dagli ancoraggi (200 mm); grazie a ciò, questo lato del castelletto non può deformarsi nel proprio piano;
  • infine, il lato del castelletto parallelo alla facciata e più distante da essa è stato controventato con delle semplici aste a sezione piatta, disposte a X nelle maglie rettangolari formate dalle colonne e dalle travi orizzontali sagomate a C. Le aste di controvento sono collegate alle colonne con bulloni.

Purtroppo non sono disponibili foto dei controventi, in quanto subito dopo il loro montaggio sono stati installati i pannelli di chiusura che li hanno coperti.

Travi in sommità

Sommità del castellettoTav.2G-Piante parte 7L'impalcato di copertura è costituito:

  • sui lati del castelletto paralleli alla facciata, da due travi sagomate a C (come per il resto della struttura);
  • sui lati del castelletto ortogonali alla facciata, da due travi UPN 160;
  • da due ulteriori travi, costituite ognuna da due profili UPN 80 accoppiati, ordite tra le UPN 160;
  • tre piastre 100x198 mm, ognuna con un foro Ø50. Queste piastre sono montate sui doppi UPN 80 e il loro foro serve al posizionamento di alcuni ganci utilizzati nelle fasi di montaggio dell'impianto ascensore. Grazie a questi ganci l'installazione dell'ascensore può essere eseguita senza ponteggi all'interno del vano ascensore stesso. Nel modello di calcolo, in corrispondenza delle piastre forate sono stati applicati dei carichi verticali dell'entità indicata nel progetto dell'impianto ascensore. Dopo l'ultimazione dell'ascensore stesso, le piastre forate non svolgono più alcuna funzione.

Le tre piastre forate per i ganciLato destro in sommitàPiastra forata a sinistra

Interferenze con il fabbricato servito

L'ascensore ultimatoPer quanto riguarda gli elementi in acciaio di nuova realizzazione, si è proceduto operando normalmente le verifiche di resistenza e di deformabilità agli stati limite ultimi e di esercizio, secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008.

Invece è stato possibile omettere la verifica degli elementi in c.a. della struttura servita. Si è infatti dimostrato numericamente che la struttura in acciaio dell’ascensore di nuova realizzazione non induce variazioni significative nelle sollecitazioni degli elementi in c.a. della struttura servita. Tale dimostrazione consiste nei seguenti passaggi.

  1. Conduzione del calcolo della struttura globale (c.a. preesistente e acciaio nuova) in condizioni di carichi verticali, sismiche, di vento, termiche e da neve (calcolo "B");
  2. Conduzione del medesimo calcolo, ma con la sola struttura in c.a. (calcolo "A", senza ancora il castelletto).
  3. Confronti numerici tra i calcoli A e B (con e senza ascensore) di:
    1. spostamenti dei nodi significativi della struttura in c.a. (gli incroci tra travi e pilastri);
    2. periodi dei vari modi di vibrare;
    3. masse sismiche di piano, baricentri delle masse di piano e baricentri di rigidezza.

Dal confronto numerico dei calcoli nelle condizioni A e B si evince che:

  1. gli spostamenti dei nodi variano dell’ordine del decimo di millimetro;
  2. i periodi dei modi di vibrare variano dell’ordine dei millesimi di secondo;
  3. le masse di piano variano dell’ordine dei 10 kg per piano, mentre per i baricentri delle masse e delle rigidezze non si riscontrano variazioni.

La struttura in c.a. alla quale è ancorato l’ascensore ha un'altezza di 13,66 m e dimensioni in pianta di 17,40 m x 12,43 m.

Le sollecitazioni (N, T, M) agenti sui singoli elementi del corpo in c.a. (travi e pilastri) dipendono dagli spostamenti (incluse le rotazioni) dei nodi di estremità e dai carichi distribuiti di ciascun elemento. Gli spostamenti nodali della struttura in c.a., con e senza ascensore ancorato, sono pressoché identici, mentre i carichi distribuiti applicati ai suoi elementi sono invariati. Consegue che le sollecitazioni su ciascuna membratura in c.a., prima e dopo la realizzazione del castelletto, sono identiche e, poiché le verifiche di resistenza consistono nel confronto delle sollecitazioni (N, T, M) con le rispettive resistenze della sezione, condurre dei confronti tra le verifiche strutturali sugli elementi in c.a., prima e dopo la realizzazione del castelletto ancorato, sarebbe equivalso a condurre due volte le stesse verifiche. Quindi il castelletto non induce variazioni (né miglioramenti né peggioramenti) nelle verifiche degli elementi preesistenti, e sarebbe perciò ridondante e superfluo condurre queste verifiche.

Oltre ad costituire un riscontro numerico del fatto che una struttura leggera e poco rigida come quella in acciaio ha influenza trascurabile su una struttura molto più pesante e più rigida come quella in c.a., ciò ha alleggerito notevolmente l'onere computazionale del calcolo. È stato sì necessario rilevare geometricamente e modellare la struttura in c.a. non oggetto di lavori al fine di considerarne le masse e la rigidezza, ma non è stato necessario:

  • eseguire le verifiche di resistenza e degli spostamenti sulla struttura in c.a.;
  • inserire nel modello di calcolo le armature esistenti;
  • condurre indagini conoscitive (prove sclerometriche, carotaggi, ecc.), né per conoscere le armature esistenti, né per conoscere la resistenza del calcestruzzo, con un certo risparmio da parte della committenza.

Nella galleria dei disegni sono presenti tutti gli esecutivi della struttura (scaricabili in alta risoluzione con il tasto alta qualità dell'immagine) e nella galleria delle foto sono disponibili ulteriori foto della struttura in cantiere.

Seguono alcuni esecutivi in raffronto alle rispettive foto.

Sagomario e foto dei profili

Tav.7B-Sagomario

Profili HE 120 B e UPN 160 (con piatto saldato alle estremità)

Travi HEB e UPN

Profili UPN 80 e sagomati a C 40x100x35x3

Travi UPN e sagomate a C

Profili a L delle colonne

Colonne a L

Nodo di base: esecutivo e foto

Tav.7D-Nodo di baseNodo di base

Trave di ancoraggio: esecutivo e foto

Tav.7G-Collegamento colonna L - trave HEBVista dall'alto

Giunto di continuità delle colonne: esecutivo e foto

Tav.7H-Continuita colonna LGiunto delle colonne a L

Nodo di sommità L - UPN 160 - sagomato a C: esecutivo e foto

Tav.7I-Collegamento colonna L - trave UPN - trave a CProfilo UPN della trave lateraleProfilo a C della trave di facciataProspettiva dalla sommità di una colonna

 

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