Dimensionamento e Predimensionamento delle Travi in Legno Lamellare: Approccio e Verifiche

Il predimensionamento degli elementi strutturali costituisce il primo fondamentale passo nella progettazione di un edificio. Quando eseguito correttamente, 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. In questo articolo, esamineremo le metodologie impiegate per il predimensionamento delle travi, con un focus particolare sulle strutture in legno lamellare.

Cos'è il Predimensionamento Strutturale?

Il predimensionamento strutturale rappresenta la tappa iniziale, di fondamentale importanza, nella progettazione di un edificio. Esso 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.

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. L'obiettivo è 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. Questo processo critico, se eseguito accuratamente, può prevenire la necessità di modifiche e accelerare le fasi successive del progetto.

Come si Effettua il Predimensionamento?

Per condurre il processo di predimensionamento in modo efficace, è possibile fare riferimento ai passaggi di seguito elencati:

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1. 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.
2. 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.
3. 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).
4. 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.
5. 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 delle Travi in Legno Lamellare

Il predimensionamento delle travi in legno, inclusi quelle in legno lamellare, 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.

Aspetti Critici del Legno Lamellare

Per il legno lamellare, è fondamentale considerare alcuni aspetti specifici durante il dimensionamento e le verifiche:

• Instabilità Flesso-Torsionale: La portanza degli elementi strutturali in legno lamellare incollato con un rapporto altezza/base (h/b) superiore a 3 è condizionata da problemi di instabilità flesso-torsionale. Questo si manifesta come il pericolo di sbandamento laterale a partire dalle sezioni centrali della trave, insieme ad una rotazione intorno all’asse longitudinale, anche se il carico è verticale. L’instabilità flesso-torsionale può essere limitata munendo le travi di ritegni torsionali adeguati. La verifica di portanza in queste condizioni include il controllo che σm,x,d / kcrit,m fm,d ≤1.
• 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%.
• Soluzioni Costruttive per Tensioni Ortogonali: Una soluzione di tipo “costruttivo” con un “cappello non collaborante” consente di ridurre le tensioni di trazione ortogonale rispetto alla configurazione con apice e contemporaneamente ridurre il volume d’apice. Questo è cruciale, poiché nel comportamento dei materiali fragili, la probabilità di collasso aumenta con il volume del materiale. Questo elemento viene fissato alla trave tramite connettori puntuali di tipo meccanico (p.e. ∼ 55. Tavole di piatto (simile al L.L.)).
• Sistemi di Controvento: Gli elementi secondari, se collegati ad un adeguato sistema di controvento di falda, come quelli che si possono osservare in strutture storiche e imponenti quali il Salone dei Cinquecento (dimensioni 23 m x 52 m) nel Palazzo Vecchio a Firenze, o in ponti progettati da ingegneri specializzati, contribuiscono significativamente alla stabilità complessiva della struttura.

Normativa di Riferimento

Per la progettazione delle strutture in legno, e in particolare del legno lamellare, è essenziale fare riferimento alle normative vigenti. In Italia, le principali includono:

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• NTC e CIRCOLARE (Capitoli 4.4, 7.7, 11.7)
• UNI EN 1995-1-1_2009: Progettazione delle strutture in legno
• UNI EN 1995-1-2_2005: Progettazione delle strutture in legno - Progettazione strutturale per la resistenza al fuoco
• UNI EN 1995-2_2005: Progettazione delle strutture in legno - Ponti
• 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, ti consigliamo di affidarti 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. Rendi la tua progettazione ancora più efficace, precisa ed efficiente, e scopri il potenziale illimitato della tecnologia nel campo dell’ingegneria strutturale. Ad esempio, il software per le strutture in legno può essere free (è sufficiente registrarsi online e accedere gratuitamente da qui) e presenta funzionalità utili a facilitare il lavoro del progettista e dell’ingegnere.

Calcolo delle Connessioni in Legno

Un modulo specifico di tali software permette di calcolare le connessioni di strutture in legno. Esso esegue il calcolo e la verifica di collegamenti in legno soggetti a sollecitazioni di taglio ed estrazione, realizzati con viti Würth ASSY® per connessioni legno-legno, legno-acciaio e legno-pannello di legno. L’utente tramite il software può inserire sia le sollecitazioni di taglio che di trazione agenti sugli elementi.

Il software permette di ruotare tra di loro gli elementi strutturali e sagomare la trave in modo personalizzato. Il nodo è personalizzabile in base alle esigenze specifiche del progetto, potendo variare geometrie, azioni di sollecitazione, materiali e non ultimo l’inclinazione della trave secondaria nel piano verticale ed orizzontale. Grazie a collaborazioni come quella con Würth, progettisti e ingegneri possono realizzare il calcolo delle travi in legno con software che comprendono moduli avanzati e diverse tipologie di installazione.

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