Regolarità in pianta e in altezza
Le strutture devono avere una determinata regolarità in pianta e in altezza in grado di garantire la migliore risposta sotto azioni sismiche. Ecco i requisiti per la regolarità strutturale
Il paragrafo delle NTC2018 dedicato alla descrizione delle Caratteristiche Generali delle Costruzioni (par. 7.2.1) specifica la necessità delle costruzioni di presentare una struttura iperstatica.
La regolarità strutturale in altezza e in pianta assicura che la struttura abbia una risposta quanto più conforme all’azione sismica indipendentemente dalla direzione del sisma. La presenza o meno di questi requisiti avrà infatti un impatto sul valore dell’azione sismica agente.
La regolarità in altezza e la regolarità in pianta sono requisiti importanti e a volte anche laboriosi da verificare. Per facilitarti tutto il processo di progettazione e il calcolo, con annessa verifica della regolarità strutturale, ti consiglio di utilizzare un software di calcolo strutturale che puoi provare gratuitamente per 30 giorni.
Cos’è la regolarità strutturale
Ai fini della progettazione in zona sismica, le strutture degli edifici sono classificate in regolari e non-regolari.
Si definisce regolarità strutturale l’insieme delle caratteristiche che consentono alla struttura, soggetta ad azioni sismiche violente, di distribuire l’impatto di tali azioni sismiche in maniera uniforme fra tutti i macroelementi verticali-resistenti.
Al contrario, si parla di irregolarità strutturale, per indicare le caratteristiche di una struttura, per cui, quando essa soggetta ad azioni simiche, subisca un danneggiamento localizzato.
Il termine regolarità racchiude due concetti distinti, anche se spesso associati l’un l’altro:
- semplicità strutturale;
- uniformità.
La semplicità strutturale si riferisce all’esistenza di percorsi chiari e diretti per la trasmissione delle azioni (carichi verticali o azioni sismiche), dal punto in cui sono applicate fino alla fondazione, attraverso i diversi elementi resistenti, che compongono l’edificio. La semplicità strutturale consente una facilità di dimensionamento, di modellazione della struttura, di definizione dei carichi e di progettazione di tutti i dettagli costruttivi.
L’uniformità indica contemporaneamente una uniforme distribuzione dei carichi ed una uniforme distribuzione delle rigidezze o, per lo meno, una stretta relazione tra distribuzione dei carichi e distribuzione delle rigidezze.
A seconda di regolarità o irregolarità strutturale si possono avere sostanziali differenze relativamente a:
- metodo di analisi, che può essere un’analisi statica (lineare o non) o dinamica (lineare o non);
- fattore di comportamento q, che deve essere diminuito per edifici non-regolari in elevazione.
Una struttura non regolare sarà maggiormente penalizzata in fase di progettazione per la determinazione dell’azione sismica agente su di essa e conseguentemente sarà caratterizzata da elementi resistenti/strutturali con sezioni maggiori e un maggiore quantitativo di armatura (nel caso di strutture intelaiate in C.A).
Realizzare una struttura che non rispetta i criteri di regolarità in pianta e in altezza è sconveniente sia dal punto di vista di modellazione che economico.
Gli edifici regolari presentano infatti dei vantaggi:
- computazionali:
- analisi semplificate;
- modelli semplificati;
- economici:
- abbattimento delle azioni sismiche di progetto.
Edifici regolari: vantaggi
Per la progettazione di strutture regolari, ti consiglio di utilizzare un software di calcolo strutturale in grado di sostenerti con analisi strutturali potenti e veloci capaci di ricostruire in maniera affidabile la risposta strutturale degli edifici.
Regolarità strutturale in zona sismica
La regolarità di un edificio e della sua struttura è un requisito fondamentale anche quando esso è soggetto esclusivamente a carichi verticali, ma diventa particolarmente rilevante in zona sismica. La regolarità condiziona infatti la capacità di prevedere il comportamento della struttura e ne condiziona i costi.
Per ottimizzare il rapporto tra prestazioni e costi, le indicazioni progettuali di ogni normativa sismica sono basate su obiettivi differenziati in funzione della probabilità di occorrenza dell’evento sismico. Nel caso di un evento che ha alta probabilità di verificarsi durante la vita dell’edificio, è necessario garantire che la struttura rimanga sostanzialmente in campo elastico e che gli elementi non strutturali (elementi di finitura, impianti, ecc.) subiscano danni limitati.
D’altra parte, per un evento sismico che ha bassa probabilità di verificarsi durante la vita dell’edificio (quindi molto più forte del precedente) si mira solo ad evitare che la struttura crolli; si ritiene cioè inevitabile che essa superi il limite elastico e subisca danni anche molto rilevanti, perfino tali da renderne più economico l’abbattimento anziché la riparazione.
Regolarità in pianta NTC 2018
Al capitolo 7.2., paragrafo 7.2.1 “Caratteristiche generali delle costruzioni” delle NTC 2018, si definisce il concetto di regolarità in pianta e in altezza, più specificamente si afferma che “Le costruzioni devono avere, quanto più possibile, struttura iperstatica caratterizzata da regolarità in pianta e in altezza. Se necessario, ciò può essere conseguito suddividendo la struttura, mediante giunti, in unità tra loro dinamicamente indipendenti.”
Una struttura è definita regolare in pianta quando vengono rispettati 3 requisiti fondamentali:
- distribuzione simmetrica di masse e rigidezze;
- rapporto fra i lati del rettangolo circoscritto;
- adeguata resistenza e rigidezza dell’impalcato.
Distribuzione simmetrica di masse e rigidezze
In merito alla distribuzione di masse e rigidezze, le Norme Tecniche di Costruzione 2018 affermano quanto segue:
“la distribuzione di masse e rigidezze è approssimativamente simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali e la forma in pianta è compatta, ossia il contorno di ogni orizzontamento è convesso; il requisito può ritenersi soddisfatto, anche in presenza di rientranze in pianta, quando esse non influenzano significativamente la rigidezza nel piano dell’orizzontamento e, per ogni rientranza, l’area compresa tra il perimetro dell’orizzontamento e la linea convessa circoscritta all’orizzontamento non supera il 5% dell’area dell’orizzontamento” (NTC 2018, par. 7.2.1, punto a).
Ciò significa che, affinché un edificio sia considerato regolare, è opportuno che:
- la sua struttura sia approssimativamente simmetrica in pianta rispetto a due assi ortogonali in relazione alla distribuzione delle rigidezze laterali e delle masse;
- la pianta abbia una forma compatta e ogni impalcato sia delimitato da una linea convessa poligonale. Nel caso in cui ci siano arretramenti o sporgenze in pianta, la regolarità strutturale può ancora essere considerata soddisfatta, a patto che queste rientranze non influenzino la rigidezza in pianta del piano e che, per ogni rientranza, l’area tra il perimetro del piano e una linea poligonale convessa che racchiude il piano non superi il 5% dell’area del piano;
- la rigidezza in pianta degli impalcati sia sufficientemente grande rispetto alla rigidezza laterale degli elementi strutturali verticali, in modo che questi ultimi siano uniformemente distribuiti.
Garantire una distribuzione simmetrica di masse e rigidezze ha lo scopo di garantire la vicinanza tra il baricentro delle masse e il baricentro delle rigidezze.
L’immagine che segue mostra la differenza tra una struttura regolare in pianta ed una non regolare in riferimento alla distribuzione di rigidezza simmetrica e non simmetrica.
Regolarità in pianta: distribuzione di masse e rigidezze
Rapporto fra i lati del rettangolo circoscritto
Secondo la normativa, “il rapporto tra i lati del rettangolo circoscritto alla pianta di ogni orizzontamento è inferiore a 4” (NTC2018, par. 7.2.1, punto b).
Regolarità in pianta: rapporto lati dei rettangoli circoscritti
Ciò significa che, una volta definito il contorno dell’impalcato, il rapporto fra il lato maggiore e il lato minore del rettangolo circoscritto, dovrà essere inferiore a 4. Se si ottiene un valore più alto, la struttura presenterà un’irregolarità in pianta.
Resistenza e rigidezza dell’impalcato
In merito alla rigidezza e resistenza dell’impalcato, la normativa afferma che “ciascun orizzontamento ha una rigidezza nel proprio piano tanto maggiore della corrispondente rigidezza degli elementi strutturali verticali da potersi assumere che la sua deformazione in pianta influenzi in modo trascurabile la distribuzione delle azioni sismiche tra questi ultimi e ha resistenza sufficiente a garantire l’efficacia di tale distribuzione” (NTC 2018 par. 7.2.1, punto c).
Per la resistenza e la rigidezza dell’impalcato risulta di fondamentale importanza la sua forma. La rigidezza nel piano del solaio viene garantita attraverso una soletta (cappa) di spessore di almeno 4cm.
La rigidezza dell’impalcato è un requisito fondamentale per la ripartizione delle azioni sismiche garantendo che questa sia distribuita in maniera uniforme tra gli elementi verticali-resistenti.
Regolarità in pianta: rigidezza dell’impalcato a parità di spessore della soletta
Regolarità in altezza NTC 2018
La regolarità in altezza è il secondo parametro fondamentale per la determinazione della regolarità strutturale.
I 4 requisiti richiesti dalla normativa tecnica necessari per definire una struttura regolare in altezza sono:
- continuità dei sistemi sismo-resistenti;
- variazioni di massa e rigidezza;
- rapporto capacità/domanda in termini di resistenza;
- restringimenti della sezione orizzontale.
Continuità dei sistemi sismo-resistenti
Per ottenere la regolarità strutturale in altezza, è necessaria la continuità dei sistemi sismo-resistenti.
A tal proposito, la normativa tecnica prescrive: “tutti i sistemi resistenti alle azioni orizzontali si estendono per tutta l’altezza della costruzione o, se sono presenti parti aventi differenti altezze, fino alla sommità della rispettiva parte dell’edificio” (NTC 2018, par. 7.2.1, punto d).
Nel momento in cui si hanno delle altezze distinte dall’altezza della costruzione, si verifica un’irregolarità strutturale.
Regolarità in altezza: continuità dei sistemi sismo-resistenti
Variazioni di massa e rigidezza
Il secondo requisito per la regolarità in altezza riguarda la variazione di massa e rigidezza fra due impalcati consecutivi dell’edificio.
Secondo la normativa, “massa e rigidezza rimangono costanti o variano gradualmente, senza bruschi cambiamenti, dalla base alla sommità della costruzione (le variazioni di massa da un orizzontamento all’altro non superano il 25%, la rigidezza non si riduce da un orizzontamento a quello sovrastante più del 30% e non aumenta più del 10%); ai fini della rigidezza si possono considerare regolari in altezza strutture dotate di pareti o nuclei in cemento armato o di pareti e nuclei in muratura di sezione costante sull’altezza o di telai controventati in acciaio, ai quali sia affidato almeno il 50% dell’azione sismica alla base”. (NTC 2018, par. 7.2.1, punto e).
Pertanto, secondo la normativa, tra un impalcato e l’altro la massa e la rigidezza devono rimanere costanti o, almeno, devono variare gradualmente. Più precisamente, la variazione di massa si verifica controllando la variazione di superficie di due impalcati consecutivi la quale non deve essere superiore del 25%.
In merito alla variazione di rigidezza, invece, la normativa prescrive che, per ogni impalcato, la rigidezza dell’impalcato sovrastante non può ridursi oltre il 30% e non può aumentare più del 10%.
Regolarità in altezza: variazione di masse e rigidezze
Rapporto capacità/domanda in termini di resistenza
Il terzo requisito riguarda la variazione di resistenza:
“il rapporto tra la capacità e la domanda allo SLV non è significativamente diverso, in termini di resistenza, per orizzontamenti successivi (tale rapporto, calcolato per un generico orizzontamento, non deve differire più del 30% dall’analogo rapporto calcolato per l’orizzontamento adiacente); può fare eccezione l’ultimo orizzontamento di strutture intelaiate di almeno tre orizzontamenti” (NTC 2018, par. 7.2.1, punto f).
Il rapporto fra capacità e domanda di un orizzontamento può essere valutato come il valore medio di tutti i coefficienti di sicurezza degli elementi resistenti verticali, ovvero la media dei rapporti fra la sollecitazione allo SLV e la resistenza dell’elemento.
Restringimenti della sezione orizzontale
Per la regolarità in altezza si considerano infine i restringimenti della sezione orizzontale; più precisamente, si fa riferimento al restringimento degli impalcati passando da un piano a quello successivo e il restringimento di ciascun impalcato rispetto al primo.
Secondo la normativa, “eventuali restringimenti della sezione orizzontale della costruzione avvengano con continuità da un orizzontamento al successivo; oppure avvengano in modo che il rientro di un orizzontamento non superi il 10% della dimensione corrispondente all’orizzontamento immediatamente sottostante, né il 30% della dimensione corrispondente al primo orizzontamento. Fa eccezione l’ultimo orizzontamento di costruzioni di almeno quattro orizzontamenti, per il quale non sono previste limitazioni di restringimento” (NTC 2018, par. 7.2.1, punto g).
Di seguito un’immagine esplicativa.
Regolarità in altezza: restringimenti della sezione orizzontale
Per la verifica della rigidezza, massa e resistenza in conformità con le normative in vigore nel campo delle costruzioni, ti consiglio di utilizzare il software di calcolo strutturale con cui puoi eseguire il calcolo strutturale rispettando pienamente le norme tecniche per le costruzioni (NTC 2018 e NTC 2008) e gli Eurocodici.
Esempio di struttura regolare in pianta e in altezza
L’immagine che segue rappresenta un esempio di struttura che, rispettando i requisiti sopra elencati, presenta una regolarità in pianta e in altezza.
Esempio di edificio regolare in pianta e in altezza: EdiLus
All’interno del software di calcolo strutturale, si possono inserire gli elementi (travi, pilastri, solai, etc) in maniera corretta per rispettare la regolarità. Il software, durante la fase di calcolo, verifica se tali regolarità sono rispettate; in caso contrario segnala un errore in diagnostica evidenziando quale punto della normativa (lettera a,b,c,d, …) non è rispettato.
Inoltre, è possibile dire a priori quali dei punti della norma sono rispettati e quali no ed il software eseguirà il controllo di congruenza tra quanto dichiarato e quanto disegnato.
In questa finestra di opzioni che segue, nei dati norma, sono contenute le indicazioni per settare i valori.
EdiLus regolarità strutturale
