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Elementi strutturali

Elementi strutturali: quali sono e come verificarli

Tempo di lettura stimato: 6 minuti

Gli elementi strutturali costituiscono la struttura portante di un edificio e hanno il compito di resistere ai carichi. Scopri quali sono e come verificarli

Nell’ambito dell’architettura e dell’ingegneria civile, gli elementi strutturali rivestono un ruolo di vitale importanza per la realizzazione di edifici stabili, sicuri e funzionali. Questi elementi costituiscono l’ossatura portante del sistema edilizio e hanno il compito di collaborare sinergicamente per sopportare e distribuire il carico in modo equilibrato, e garantire così la stabilità dell’intero edificio.

Se desideri approfondire ulteriormente la comprensione degli elementi strutturali e capire la distinzione tra elementi principali e secondari, leggi l’articolo e scopri i dettagli che contribuiranno a fornirti una visione completa sulla progettazione e la verifica di tali componenti.

Per affrontare con successo le sfide legate alla stabilità e alla sicurezza nelle costruzioni, puoi affidarti alle potenzialità offerte da un software per il calcolo strutturale. Inizia subito a sperimentarne i vantaggi e ad esplorare le funzionalità di calcolo e simulazione che ti aiuteranno ad analizzare e verificare gli elementi strutturali dei tuoi edifici in modo tempestivo, efficace ed accurato.

Che cosa sono gli elementi strutturali?

Gli elementi strutturali sono le componenti fondamentali di un edificio o di un’infrastruttura e, nel loro insieme, formano l’ossatura portante a cui viene affidata la responsabilità di sostenere e trasferire i carichi, resistere alle forze interne ed esterne e fornire stabilità, sicurezza e supporto alla struttura nel suo complesso.

Esempi comuni di elementi strutturali includono i pilastri, le travi, le pareti portanti, ecc. Questi elementi assumono forme diverse, ciascuna progettata per svolgere un ruolo specifico nel garantire la coesione e la robustezza dell’intero sistema strutturale. Possono essere, inoltre, realizzati in diversi materiali, come cemento armato, acciaio, legno o materiali compositi fibrorinforzati. La scelta del materiale e la configurazione da attribuire ad ogni elemento dipenderanno dalle specifiche esigenze di progetto, nonché dal tipo di struttura che si intende realizzare e da considerazioni accurate sulla sicurezza e la stabilità dell’opera.

Oltre alla loro funzione portante, è essenziale riconoscere che gli elementi strutturali possono assumere un ruolo di rilievo anche dal punto di vista estetico. Questo aspetto diventa particolarmente cruciale in contesti architettonici in cui tali elementi non solo devono sopportare i carichi fisici, ma devono anche contribuire in modo significativo all‘estetica complessiva dell’edificio. In queste situazioni, la progettazione degli elementi strutturali richiede un’integrazione equilibrata tra l’ingegneria strutturale e il disegno architettonico, in modo da garantire che la forma e la disposizione di pilastri, travi e altri elementi riflettano non solo la robustezza strutturale, ma anche una visione estetica coerente con il design globale dell’edificio.

Elementi strutturali di un edificio

Elementi strutturali di un edificio |EdiLus

Elementi strutturali primari

In base al ruolo e all’importanza assunti nella struttura portante dell’edificio, gli elementi strutturali possono essere classificati in primari e secondari.

Gli elementi strutturali primari sono i componenti principali della struttura responsabili della resistenza e della stabilità generale dell’edificio. Questi elementi sono essenziali per sostenere i carichi verticali e orizzontali e trasferire le forze alle fondazioni.

Alcuni esempi di elementi strutturali primari sono:

  • le travi: ossia elementi strutturali orizzontali che svolgono un ruolo chiave nel trasferire le azioni verticali ai pilastri o alle pareti portanti. Sono progettate per sostenere carichi significativi (come quelli derivanti dal peso proprio, dai pavimenti, dalle pareti, ecc.) e spesso attraversano l’intera lunghezza o larghezza della struttura. La loro funzione principale è quella di distribuire uniformemente il carico verso il basso, trasmettendolo ai pilastri o alle colonne, che a loro volta lo trasmettono alle fondazioni e al terreno sottostante. Le travi principali possono variare nelle dimensioni, nella forma e nei materiali, a seconda delle specifiche esigenze strutturali dell’edificio, assumendo la configurazione di travi reticolari, travi a mensola, travi a sbalzo, e così via;
  • i pilastri: chiamati anche colonne, sono elementi verticali discontinui che supportano il carico verticale e lo trasmettono alle fondazioni. Sono progettati per resistere alle forze di compressione e sostengono il peso dell’edificio e della struttura sovrastante. Possono essere realizzati in materiali come acciaio, cemento armato o muratura di pietra o di mattoni, in base alle esigenze strutturali ed estetiche. La disposizione dei pilastri può variare a seconda del tipo di struttura e delle esigenze di progettazione. Solitamente, i pilastri sono posizionati in modo strategico per supportare le travi principali e distribuire i carichi alle fondazioni. Inoltre, questi elementi sono dimensionati per resistere alle forze orizzontali, come quelle generate dal vento o da un terremoto, fornendo stabilità all’intera struttura;
  • le pareti portanti: sono elementi verticali continui che hanno il compito di resistere ai carichi verticali e trasmetterli uniformemente alle fondazioni. Sono utilizzate nelle strutture in muratura in cui le pareti hanno funzione strutturale e sono realizzate con blocchi di cemento, mattoni o pietra. La loro disposizione all’interno dell’edificio è attentamente pianificata per garantire un’adeguata distribuzione dei carichi e per fornire il supporto necessario. Oltre a resistere alle forze di compressione, le pareti portanti sono progettate per fornire stabilità laterale alla struttura, resistendo alle forze orizzontali come quelle sismiche. Questi elementi possono essere posizionati in modo strategico all’interno dell’edificio per definire e separare gli spazi, e contribuire alla disposizione funzionale degli ambienti.

Elementi strutturali secondari

Le Norme Tecniche per le Costruzioni del 2018 (NTC 2018), che rappresentano il principale riferimento normativo per la progettazione e la verifica delle strutture, differenziano gli elementi strutturali primari da quelli secondari. Questi ultimi sono costituiti da quegli elementi la cui rigidezza e resistenza possono essere trascurate nell’analisi della risposta sismica della struttura e che sono, quindi, progettati per resistere ai soli carichi verticali.

Si tratta di elementi che possono essere considerati di minore importanza rispetto agli elementi principali. Tuttavia, è importante notare che, nonostante la loro definizione di “elementi secondari”, questi elementi devono comunque essere in grado di assorbire le deformazioni della struttura in caso di azione sismica. Ciò significa che, pur non contribuendo significativamente alla resistenza e alla rigidità strutturale sotto l’azione dei carichi, gli elementi strutturali secondari devono essere in grado di mantenere la loro capacità portante nei confronti dei carichi verticali, specialmente in presenza di azioni sismiche.

La classificazione degli elementi strutturali come primari o secondari può variare a seconda del tipo di struttura e delle caratteristiche del progetto. Le NTC 2018 forniscono, comunque, linee guida dettagliate per la progettazione e la classificazione di tali elementi in base alla loro importanza e funzionalità specifica.

Elementi strutturali primari e secondari

Elementi strutturali primari e secondari

Come progettare e verificare gli elementi strutturali

La progettazione e la verifica degli elementi strutturali è un procedimento complesso che richiede una conoscenza approfondita dell’ingegneria strutturale e delle normative tecniche di settore. Di seguito sono forniti alcuni passaggi generali che potrai seguire durante questo processo per garantire la sicurezza, la stabilità e la funzionalità delle tue strutture:

  1. analisi delle azioni: la prima fase consiste nell’analizzare e determinare le azioni che agiranno sugli elementi strutturali. Queste azioni includono il carico permanente (come il peso proprio dell’elemento) e il carico variabile (come il carico degli occupanti, l’azione del vento, ecc.). È necessario considerare anche eventuali azioni sismiche, se applicabili;
  2. scelta dei materiali: in base alle caratteristiche della struttura, come il tipo di carico e le condizioni ambientali, è necessario selezionare i materiali più appropriati per gli elementi strutturali. Ad esempio, per le travi e i pilastri potrebbero essere utilizzati acciaio o calcestruzzo armato;
  3. progettazione preliminare: sulla base dei principi dell’ingegneria strutturale e delle normative di riferimento, viene effettuata una progettazione di massima degli elementi strutturali. Questa fase prevede la determinazione delle dimensioni, delle sezioni trasversali e delle geometrie degli elementi;
  4. analisi strutturale: utilizzando metodi di analisi strutturale, come il calcolo agli elementi finiti o l’analisi agli stati limite, vengono valutate le prestazioni degli elementi strutturali sotto le azioni previste. L’obiettivo è verificare che gli elementi siano in grado di sopportare i carichi e di garantire la stabilità strutturale;
  5. verifica della resistenza: si procede alla verifica della resistenza degli elementi strutturali per assicurarsi che le tensioni e gli sforzi interni siano inferiori alle capacità di resistenza dei materiali utilizzati. Questa verifica deve essere effettuata in base alle normative e alle regole di progettazione previste nell’area geografica in cui viene realizzata la struttura;
  6. verifica della stabilità: oltre alla resistenza, è necessario verificare la stabilità globale della struttura e dei singoli elementi strutturali. Questa verifica tiene conto di fenomeni critici come il ribaltamento, lo scorrimento e il cedimento laterale. Serve ad assicurare che la struttura sia adeguatamente vincolata e che siano prese le misure necessarie per contrastare tali fenomeni;
  7. verifica delle deformazioni: un’ulteriore verifica consiste nel controllare le deformazioni degli elementi strutturali. Ciò comporta l’analisi delle deformazioni elastiche e delle deformazioni plastiche, per garantire che rientrino nei limiti accettabili e che non compromettano la funzionalità dell’edificio;
  8. verifica delle connessioni: durante la progettazione, è necessario verificare anche le connessioni strutturali tra i diversi elementi (come i nodi tra le travi e i pilastri, o i collegamenti tra le pareti portanti) al fine di garantire una corretta trasmissione delle forze e una buona capacità di resistenza.

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