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Struttura intelaiata

Cos’è una struttura intelaiata e come si progetta

Tempo di lettura stimato: 9 minuti

Tutto ciò che c’è da sapere sulle strutture intelaiate: materiali utilizzati, tipologie di comportamento statico, tecniche di progettazione

Il telaio in edilizia, per definizione composto da travi e pilastri, rappresenta un elemento fondamentale nella progettazione degli edifici e gioca un ruolo cruciale nella stabilità e nella durabilità di una struttura.

In questo articolo vedremo gli aspetti più importanti che riguardano le strutture intelaiate individuando gli elementi che le caratterizzano, le diverse tipologie in relazione ai diversi materiali utilizzati e le varie categorie di comportamento statico.

Inoltre ti mostreremo con un video come è semplice e veloce modellare strutture intelate con un software BIM di progettazione strutturale.

Visualizzazione grafica di una struttura intelaiata

Visualizzazione grafica di una struttura intelaiata

Che cos’è la struttura intelaiata

La “struttura intelaiata” è un sistema strutturale composto da un’orditura di travi e pilastri che formano un insieme di telai. Il telaio, definito come l’elemento strutturale composto da due pilastri verticali e una trave orizzontale rigidamente connessi, si ripete sia sul piano orizzontale che verticale. Questa disposizione consente una continuità statica e l’uso efficiente dello spazio con limitati ingombri planimetrici.

I pilastri – elementi verticali di interpiano – possono essere allineati (formando una pilastrata) o posizionati a distanza l’uno dall’altro in base alla luce ottimale per i solai, seguendo una maglia regolare di forma quadrata, rettangolare o triangolare. Le travi, gli elementi orizzontali di piano, sono disposte in successione e costituiscono la travatura delle strutture a telaio.

Le strutture a telaio lavorano principalmente in regime di flessione e taglio, compressione e pressoflessione. Pilastri e travi sono gli elementi chiave di questa struttura. Il pilastro, elemento verticale portante, trasmette carichi dalla struttura sovrastante alla fondazione, sottoponendosi a carichi verticali e orizzontali, sollecitazioni di sforzo normale, momento flettente, o pressoflessione.

La trave, simile al pilastro ma con dimensioni prevalentemente superiori, è definita geometricamente come un solido generato da una figura piana in movimento nello spazio, mantenendosi ortogonale alle traiettorie descritte dal suo asse. Le travi possono essere principali o secondarie, con diverse sezioni come rettangolari o profilate a I, T, L, C, H, ecc., al fine di ridurre il peso e ottimizzare l’utilizzo del materiale in base alle sollecitazioni.

Le travi possono anche presentare sezioni alleggerite, come profili scatolari, a cassone, o reticolari. Le travi a cassone, adatte per grandi luci, sono costituite da sezioni chiuse cave con elementi di irrigidimento interni. Le travi reticolari, composte da aste verticali e diagonali, sono ideali per sforzi assiali e possono essere incernierate nei nodi, fornendo un sistema di aste sollecitate a compressione o trazione, a seconda della posizione nella maglia reticolare.

Se vuoi avere maggiori informazioni sulle travi e su come definire la su armatura, ti consiglio di leggere l’articolo di approfondimento “Armatura della trave: la guida completa“.

Tipologie di strutture intelaiate

La struttura intelaiata può essere suddivisa in differenti tipologie in relazione sia ai materiali che al comportamento statico. Vediamo insieme queste differenze.

Materiali

I materiali generalmente utilizzati per le strutture a telaio sono il calcestruzzo armato, l’acciaio e il legno.

Telai in calcestruzzo armato

Le strutture a telaio in cemento armato per edifici, soggette ad azioni orizzontali, possono garantire la stabilità attraverso l’implementazione di nodi strutturali nelle campate. Questi nodi agiscono come dissipatori di energia, inserendo armature supplementari per prevenire l’espulsione del calcestruzzo durante eventi sismici. In alternativa, si possono utilizzare pareti in cemento armato, chiamate “setti”, o nuclei di irrigidimento, come vani verticali.

Pilastri e travi nelle strutture a telaio in cemento armato possono assumere diverse forme, come quadrata, a U, a T, a L, o a I. Le travi possono variare in altezza, spessore e possono essere estradossate. Le strutture possono essere gettate in opera con tondini di acciaio posizionati in casseforme, garantendo una buona continuità di trasmissione delle sollecitazioni attraverso ancoraggi delle barre metalliche nei getti.

Una soluzione più rapida è l’utilizzo di blocchi-cassero nei quali viene gettato il calcestruzzo. In queste soluzioni, i pilastri possono essere realizzati con blocchi che ospitano l’armatura, e le travi possono essere costituite da blocchi cavi. Per strutture completamente prefabbricate o semiprefabbricate, si possono adottare diverse configurazioni, garantendo buona flessibilità d’uso e limitati costi di produzione e montaggio.

Telai in acciaio

Le strutture a telaio in acciaio sono utilizzate per edifici civili e industriali. Nei telai longitudinali, gli edifici civili presentano strutture verticali, mentre quelli industriali hanno strutture orizzontali con controventamenti longitudinali. Gli edifici con telai longitudinali possono incorporare controventamenti verticali, interni o in facciata, per aumentare la rigidità flessionale. Inoltre, per edifici di grande altezza in zone sismiche, si possono progettare soluzioni dove i sostegni verticali resistono solo ai carichi verticali e strutture rigide si occupano delle forze orizzontali.

Le strutture in carpenteria metallica coinvolgono l’assemblaggio in opera di profilati e laminati attraverso bullonatura o saldatura. Queste possono essere a parete piena, a cassone o reticolari. I collegamenti trave-pilastro possono avvenire mediante diverse tecniche, come bullonatura, saldatura o appoggi su mensole. Strutture con sistemi industrializzati rendono la costruzione più economica, consentendo la prefabbricazione e l’organizzazione del trasporto e del montaggio.

Telai in legno

Le strutture a telaio in legno possono essere realizzate con legno massiccio o lamellare incollato. I collegamenti possono essere effettuati con bullonatura, chiodature o incastro con collante. Le portate delle travi e la dimensione delle maglie strutturali variano a seconda delle esigenze, con soluzioni in legno che offrono una flessibilità di progettazione e montaggio.

I collegamenti tra travi e pilastri possono avvenire tramite angolari, piastre chiodate o saldate, bulloni o piastre metalliche interne. L’irrigidimento contro le azioni orizzontali può essere ottenuto attraverso pannelli di tamponamento, pannelli di solaio o controventi reticolari metallici. Le strutture a telaio in legno possono essere particolarmente adatte per costruzioni residenziali.

Comportamento statico

Per quanto riguarda il comportamento statico, invece, possiamo avere le seguenti categorie.

Telai isostatici

I telai isostatici sono strutture staticamente determinate, il che significa che è possibile risolvere completamente tutte le reazioni e le forze interne utilizzando le equazioni dell’equilibrio. Questi telai sono caratterizzati da un numero sufficiente di vincoli per garantire la stabilità e la determinatezza del sistema. Gli esempi includono telai rettangolari e triangolari, dove i vincoli alle giunzioni assicurano una chiara risolubilità delle forze interne.

Telai iperstatici

I telai iperstatici sono strutture staticamente indeterminate, il che significa che il numero di vincoli e reazioni vincolari non è sufficiente per risolvere completamente tutte le reazioni e le forze interne. Questi telai richiedono l’uso di metodi più avanzati, come il metodo delle forze o il metodo delle deformazioni, per ottenere una soluzione. Gli esempi includono telai con eccesso di supporti o travi vincolate, che richiedono un approccio più sofisticato nella determinazione delle forze interne.

Telai a nodi fissi

I telai a nodi fissi sono caratterizzati da giunzioni rigide tra le travi e i pilastri. Questo significa che i nodi non possono ruotare e che il telaio può resistere alle deformazioni senza consentire spostamenti significativi alle giunzioni. Questi telai sono spesso utilizzati in situazioni in cui è necessaria una maggiore rigidità e resistenza alla deformazione.

Telai a nodi mobili

I telai a nodi mobili sono caratterizzati da giunzioni flessibili tra le travi e i pilastri. Ciò significa che i nodi possono ruotare, consentendo maggiore flessibilità nel comportamento strutturale. Questi telai sono spesso utilizzati in situazioni in cui è richiesta una maggiore adattabilità alle deformazioni o per gestire carichi variabili.

Rappresentazione di un nodo di una struttura intelaiata in acciaio

Rappresentazione di un nodo di una struttura intelaiata in acciaio

Elementi che costituiscono l’intelaiatura strutturale: pilastri e travi

Di seguito ti indico una serie di informazioni che riguardano le travi e i pilastri di differenti materiali.

Pilastri e travi in C.A.

In fase di progettazione, calcolo ed esecuzione di pilastri e travi in calcestruzzo armato, è fondamentale rispettare le norme delle leggi vigenti.

Il pilastro in calcestruzzo armato, per semplificare il processo costruttivo, assume spesso forma quadrata o rettangolare, raramente circolare. La disposizione dei tondini in ferro longitudinali è fondamentale e può variare a seconda delle sollecitazioni nell’elemento. La morfologia e la disposizione dei tondini sono influenzate dalle condizioni di carico e vincolo. L’armatura longitudinale, posta per resistere alle sollecitazioni di trazione, è completata da un’armatura trasversale costituita da staffe di piccolo diametro per evitare dilatazioni e inflessioni laterali.

I pilastri degli ultimi piani, con carichi ridotti, possono avere dimensioni minori ma richiedono una maggiore percentuale di ferro per resistere a sollecitazioni come la spinta del vento. Le riseghe nei pilastri interni e perimetrali sono realizzate per bilanciare i carichi in ogni sezione, garantendo una risultante baricentrica.

I pilastri in calcestruzzo armato possono essere gettati in opera o prefabbricati in officina. I tondini e le staffe dei pilastri prefabbricati sono generalmente di diametro minore rispetto a quelli dei pilastri gettati in opera.

Per quanto riguarda le travi, queste sfruttano le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo per resistere a sollecitazioni di compressione, mentre l’acciaio, sotto forma di barre di acciaio, gestisce le azioni di trazione. Per luci fino a 8-10 metri, si possono utilizzare travi in calcestruzzo armato a sezione piena; per luci superiori ai 12 metri, si consiglia un doppio sistema di travi principali e secondarie. Per luci ancora maggiori, si può ricorrere a travi in calcestruzzo armato precompresso.

Per garantire sicurezza in caso di incendio, l’armatura in acciaio dei pilastri e delle travi deve essere opportunamente ricoperta con almeno 2 cm di calcestruzzo (copriferro), aumentato a 4 cm in ambienti aggressivi.

La scelta delle dimensioni ottimali delle travi dipende da vari fattori, incluso il rapporto base/altezza e l’orientamento delle trave appoggiata, incastrata o a mensola.

Struttura intelaiata in C.A.

Struttura intelaiata in C.A. realizzata con Edilus

Pilastri e travi in acciaio

I pilastri in acciaio possono assumere diverse forme, tra cui profili circolari, quadrati o rettangolari, nonché profilati di tipo HE, caratterizzati da una minore vulnerabilità agli effetti di instabilità dovuti alla snellezza. Alternativamente, è possibile realizzare un pilastro combinando semilavorati che, attraverso connessioni, costituiscono elementi composti. Il tipo di connessione tra gli elementi composti influenza il comportamento strutturale: la chiodatura e la bullonatura richiedono elementi mobili e forature preventive, mentre la saldatura, grazie alla fusione metallica, evita la necessità di forature, ottenendo così elementi monolitici. Per il calcolo delle connessioni puoi usare un software per la verifica dei nodi in acciaio.

La capacità portante di un pilastro metallico è influenzata dalla sua snellezza, che a sua volta guida la scelta della sezione trasversale. Profili tubolari circolari offrono la massima inerzia all’inflessione laterale, mentre le sezioni quadrate mostrano un buon comportamento sotto carichi concentrati. Tuttavia, l’uso di questi profili è limitato a causa delle difficoltà e dei costi associati all’assemblaggio con altri elementi strutturali. Le sezioni aperte sono soggette a flessione e, per carichi critici, anche a torsione. Le sezioni IPE e HE sono le più comunemente impiegate.

La trave in acciaio può essere progettata come una parete piena (con profilati a sezione semplice o composta), a cassone o reticolare. Profilati “doppio T” sono comunemente utilizzati come travi portanti, mentre altri tipi come “C”, “L”, “T”, ecc., sono impiegati per formare travi composte o reticolari. L’altezza della trave semplice a “doppio T” dipende dal momento flettente agente sulla trave. In caso di altezza eccessiva di un singolo profilo, è possibile utilizzare elementi gemelli distanziati e collegati separatamente al pilastro o accoppiati tra loro.

Il collegamento tra le varie parti di un pilastro composto in acciaio avviene 40-50 cm sopra il piano dei solai. I due tronchi di pilastro possono avere la stessa sezione o sezioni diverse, e il collegamento può avvenire mediante saldatura o chiodatura.

La trave a parete piena è utilizzata principalmente per coprire grandi luci con carichi elevati, come ponti stradali e ferroviari.

Le travi reticolari, composte da elementi disposti secondo un reticolo, sono adatte per coprire luci intermedie e sono caratterizzate da un’elevata resistenza e duttilità. La scelta tra travi continue o non continue dipende dalle condizioni dei giunti. La connessione tra i componenti della trave reticolare può essere realizzata con bulloni o saldature.

La verifica delle travi in acciaio comprende la verifica delle tensioni, delle deformazioni e delle instabilità locali.

Struttura intelaiata in acciaio

Struttura intelaiata in acciaio realizzata con Edilus

Pilastri e travi in legno

I pilastri in legno, spesso realizzati con sezioni a forma di T o I scatolari o mediante l’accoppiamento di elementi, manifestano un’eccellente resistenza sia alla compressione che alla flessione. Tuttavia, pilastri eccessivamente slanciati e non adeguatamente vincolati nella loro lunghezza possono essere soggetti a fenomeni di instabilità, con possibile inflessione laterale dovuta a carichi concentrati. Questi fenomeni possono essere accentuati dalla presenza di nodi, deviazioni delle fibre del legno, bassa rigidità del materiale o carichi eccentrici.

Le travi in legno semplice possono presentare forme troncoconiche o rettangolari, a seconda del profilo del legno.

I pilastri e le travi in legno lamellare sono costituiti da strati successivi di strisce di legno selezionate e incollate tra loro (lamelle). Questi elementi vantano una resistenza meccanica elevata, sono resistenti alle variazioni igro-termiche, e mostrano scarsa vulnerabilità agli attacchi di parassiti e al fuoco.

Attraverso l’uso di legno lamellare incollato o nuovi materiali compositi, è possibile conferire alle travi forme diverse, come travi a sezione rastremata, angolata, curva longitudinalmente o reticolare, in base alle specifiche esigenze strutturali.

Il criterio di dimensionamento per una trave in legno massiccio sarà diverso rispetto a quello di una trave in legno lamellare, poiché la scelta del materiale influisce sul comportamento, caratterizzato da diverse elasticità e deformabilità delle varie parti.

Struttura intelaiata in legno

Struttura intelaiata in legno realizzata con Edilus

Come progettare una struttura intelaiata: video

Di seguito un video dimostrativo che ti permette di capire come operare con un software per la progettazione strutturale nella modellazione e nel calcolo della struttura intelaiata.

 

Edilus

 

Edilus

 

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