La progettazione di strutture in legno richiede un'attenzione particolare al dimensionamento degli elementi, per garantire sicurezza, stabilità e durabilità. Il processo inizia con il predimensionamento, una fase preliminare cruciale che permette di definire le dimensioni di massima degli elementi portanti.
Il Predimensionamento Strutturale: Un Passo Fondamentale
Il predimensionamento degli elementi strutturali costituisce il primo fondamentale passo nella progettazione di un edificio. Questo processo è essenziale poiché serve a stabilire le dimensioni di massima degli elementi portanti, come travi e pilastri, al fine di creare un modello preliminare della struttura da sottoporre a successive analisi ed elaborazioni.
Quando eseguito correttamente, il predimensionamento evita la necessità di apportare modifiche significative nelle fasi successive del progetto. Comprendere e applicare correttamente queste metodologie consente di ottenere misure preliminari più accurate, semplificando il processo di progettazione e riducendo la possibilità di modifiche sostanziali.
Durante la fase di predimensionamento, il progettista, facendo affidamento sulla sua esperienza e competenza, utilizza schemi statici semplificati e calcoli approssimativi per stabilire la geometria di partenza degli elementi strutturali e cercare soluzioni di progetto efficaci nel rispetto dei vincoli architettonici, dimensionali e normativi previsti. Predimensionare adeguatamente le sezioni strutturali non solo aumenta le probabilità di superare con successo le verifiche di resistenza e deformabilità durante l’analisi strutturale propriamente detta, ma riduce significativamente la necessità di apportare modifiche al modello della struttura nelle fasi successive della progettazione.
Come si Effettua il Predimensionamento?
Il predimensionamento strutturale è un processo critico in quanto, se eseguito accuratamente, può prevenire la necessità di modifiche e accelerare le fasi successive del progetto. Per condurre questo processo in modo efficace, è possibile fare riferimento ai passaggi di seguito elencati:
Leggi anche: Tolleranze Tornitura Lamiera
- Analisi del progetto architettonico: Lo studio del progetto architettonico fornisce informazioni sulle dimensioni e la disposizione degli spazi dell’edificio. Queste informazioni sono fondamentali per determinare la configurazione preliminare dello scheletro portante e identificare le parti strutturali principali.
- Ipotesi di schema strutturale: Sulla base delle informazioni raccolte nella fase iniziale, si ipotizza uno schema strutturale di massima in cui sia definita la disposizione dei pilastri, delle travi, dei solai, e così via. Questo schema deve essere coerente con i vincoli architettonici, evitando interferenze con gli spazi interni, le aperture dell’edificio o altri elementi strutturali.
- Dimensionamento preliminare: In questa fase, si procede alla definizione della geometria e delle dimensioni delle sezioni strutturali. Durante questo processo, è essenziale garantire che le dimensioni e le caratteristiche degli elementi strutturali rispettino i requisiti minimi stabiliti dalla normativa tecnica di riferimento (NTC 2018).
- Verifica delle sezioni: Utilizzando formule semplificate e metodi approssimati, si esegue una verifica preliminare delle sezioni strutturali per valutare la loro capacità di sopportare i carichi previsti.
- Ottimizzazione delle sezioni: Se le dimensioni iniziali delle sezioni non soddisfano le verifiche preliminari, è necessario apportare modifiche e ottimizzarle. Questo processo può implicare l’adeguamento delle dimensioni delle sezioni, sia aumentandole che riducendole, e richiede iterazioni tra il predimensionamento e la verifica delle stesse fino a raggiungere una configurazione preliminare soddisfacente.
È importante sottolineare che il predimensionamento è una fase approssimativa e che le dimensioni finali degli elementi strutturali saranno definite nelle fasi successive del processo di progettazione, utilizzando analisi strutturali più dettagliate e software di calcolo specifici.
Predimensionamento Specifico delle Travi in Legno
Il predimensionamento delle travi in legno viene generalmente eseguito utilizzando tabelle che forniscono le dimensioni della sezione in base al carico applicato e alla luce della trave. Queste tabelle contengono una serie di combinazioni di carico e luce, e per ciascuna combinazione forniscono le dimensioni consigliate per l’altezza e la base della trave.
Le tabelle di predimensionamento per le travi in legno possono essere reperite in prontuari tecnici. È importante sottolineare che queste tabelle forniscono solo dimensioni approssimative e rappresentano solo una fase preliminare del processo di progettazione. Successivamente, è necessario eseguire un’analisi strutturale più dettagliata per verificare che le dimensioni stimate siano adeguate e soddisfino i requisiti di resistenza e sicurezza specifici dell’edificio o della struttura in esame.
Parametri e Regole Generali per il Legno
Per determinare l'altezza di una sezione di una trave in legno massiccio e lamellare, avendo come dati i carichi e la luce netta, è fondamentale considerare diversi parametri. La scelta dell'essenza del legno, ad esempio, influenza notevolmente le proprietà meccaniche e, di conseguenza, le dimensioni necessarie.
Un esempio di regola pratica per gli arcarecci è che solitamente sono alti il doppio della larghezza; un 8 x 16 sarebbe perfetto per molte applicazioni. Un altro aspetto cruciale è il contenuto di umidità: per evitare problemi di deformazione, bisogna controllare che il contenuto di umidità del legno sia compreso tra l’8% e il 10%.
Leggi anche: Dimensionamento strutture in legno: focus sui gazebi
Considerazioni sulla Stabilità e il Comportamento Strutturale
Nella progettazione di travi in legno, in particolare quelle in legno lamellare incollato, è fondamentale considerare la stabilità dell'elemento. La portanza degli elementi strutturali in legno lamellare incollato con un rapporto altezza/base (h/b) maggiore di 3 è condizionata da problemi di instabilità flesso-torsionale. Questo fenomeno si manifesta come un pericolo di sbandamento laterale a partire dalle sezioni centrali della trave, insieme a una rotazione intorno all’asse longitudinale, anche se il carico è verticale.
Per limitare questa instabilità, è possibile munire le travi di ritegni torsionali. La verifica di stabilità può essere espressa con la relazione: σm,x,d / kcrit,m fm,d ≤ 1.
[EN] KB 001625 | Instabilità flesso-torsionale nelle strutture in legno | Metodo di analisi
Le Connessioni nelle Strutture in Legno
Le connessioni sono un aspetto cruciale nel dimensionamento delle strutture in legno, influenzando direttamente la capacità portante e la durabilità dell'intera costruzione. Il dimensionamento delle connessioni, che possono includere incastri, giunzioni e l'uso di elementi metallici, deve essere eseguito con precisione.
Tipologie di Connessioni e Ferramenta
Esistono diverse soluzioni per le giunzioni legno-legno o calcestruzzo-legno. Ad esempio, le staffe Alufix sono utili per queste applicazioni. Würth, tra gli altri, presenta un manuale di calcolo per la carpenteria legno, strumento fondamentale per il calcolo di piastre e angolari. È possibile scoprire tutta la gamma di staffe ed angolari per la carpenteria legno per trovare il prodotto ideale per ogni applicazione.
Un'altra tipologia sono i connettori SHERPA, giunzioni a innesto costituite da due parti in alluminio che possono essere unite in un accoppiamento di forma basato su un classico giunto a coda di rondine.
Leggi anche: Software Calcolo Legno Lamellare
Per affrontare le tensioni, una soluzione di tipo "costruttivo" con "cappello non collaborante" consente di ridurre le tensioni di trazione ortogonale rispetto alla configurazione con apice e contemporaneamente ridurre il volume d’apice. Questo perché nel comportamento dei materiali fragili la probabilità di collasso aumenta con il volume del materiale. Questo tipo di connessione viene fissato alla trave tramite connettori puntuali di tipo meccanico. Anche per la trave che andrà fissata a parete, è fondamentale calcolare i tasselli e/o le mensole necessarie.
Gli elementi secondari, se collegati ad un adeguato sistema di controvento di falda, contribuiscono alla rigidità complessiva della struttura.
Normative di Riferimento
La progettazione delle strutture in legno è regolamentata da precise normative tecniche. È indispensabile attenersi ai requisiti minimi stabiliti dalla normativa tecnica di riferimento, come le NTC 2018. Le normative chiave includono:
- • NTC e CIRCOLARE CAP. 4.4 - CAP. 7.7 - CAP. 11.7-CAP.
- − UNI EN 1995-1-1_2009: Progettazione delle strutture in legno.
- − UNI EN 1995-1-2_2005: Progettazione delle strutture in legno.
- − UNI EN 1995-2_2005: Progettazione delle strutture in legno.
- − UNI EN 1998-1_2005: Progettazione delle strutture per la resistenza sismica.
L'Importanza del Software di Calcolo Strutturale
Una volta completato il predimensionamento delle tue strutture, potrai procedere con la progettazione effettiva, sfruttando al massimo le potenzialità di un software di calcolo strutturale. Per progettare in modo efficiente le tue strutture in legno, acciaio o cemento armato, dopo un accurato predimensionamento, è consigliabile affidarsi alla potenza di un software di calcolo strutturale all’avanguardia. Questo strumento offre una serie di vantaggi che ti permetteranno di ottenere risultati affidabili e ottimizzare le tue progettazioni.
Grazie alla tecnologia BIM, potrai modellare le tue strutture in modo intelligente, utilizzando oggetti parametrici ricchi di informazioni. Questo ti consentirà di creare modelli tridimensionali accurati e di tenere traccia di tutti i dettagli e le proprietà delle componenti strutturali.
Il software dispone, inoltre, di un solutore FEM integrato che ti permetterà di condurre analisi dettagliate sul comportamento strutturale. Potrai valutare la risposta delle tue strutture sotto diverse condizioni di carico e ottenere risultati affidabili che garantiscano la sicurezza e l’efficienza del tuo progetto. Non perdere l’opportunità di esplorare appieno le funzionalità di questo strumento, provandolo gratuitamente per trenta giorni. Rendi la tua progettazione ancora più efficace, precisa ed efficiente, e scopri il potenziale illimitato della tecnologia nel campo dell’ingegneria strutturale.
Aspetti Estetici nel Dimensionamento
Oltre agli aspetti puramente strutturali, è importante considerare l'estetica nel dimensionamento delle travi. Le dimensioni delle travi, dei pilastri e delle connessioni influiscono significativamente sulla percezione visiva della struttura.
Domande come "sono troppo grosse?", "sono troppo fini?" o "i pilastri e la trave portante sopra colonna sono di misura uguale: è corretto? È bello esteticamente?" evidenziano la necessità di bilanciare le esigenze statiche con quelle architettoniche per una bella visibilità estetica.