Negli ultimi anni il legno è tornato protagonista nel settore delle costruzioni grazie a tecnologie innovative che ne valorizzano le proprietà meccaniche e ambientali. Oltre a essere un materiale rinnovabile, il legno consente oggi di realizzare edifici resistenti, sicuri dal punto di vista sismico, confortevoli ed efficienti dal punto di vista energetico. In un mondo in cui l’urgenza della sostenibilità si fa sempre più pressante, l’edilizia sta vivendo una vera e propria rivoluzione verde. Dalle metropoli alle periferie, tecnici e specialisti del settore stanno progressivamente abbandonando le tecniche costruttive del passato per abbracciare modelli ecosostenibili e bio-compatibili. Non si tratta solo di progettare strutture funzionali, ma di creare habitat in armonia con l'ambiente, utilizzando materiali rinnovabili e tecnologie innovative che riflettono una società sempre più consapevole del proprio rapporto con il pianeta. Le nuove costruzioni non solo promettono di ridurre l’impatto ambientale, ma offrono anche spazi salubri e confortevoli. Negli ultimi anni, l’Italia ha visto una crescita significativa nell'uso del legno nelle costruzioni, con una particolare attenzione alla tecnologia X-LAM (Cross Laminated Timber).
Tra i sistemi più diffusi e avanzati troviamo X-LAM (Cross Laminated Timber) e Platform Frame, due soluzioni diverse ma complementari che sfruttano la prefabbricazione e la progettazione ingegneristica del legno per creare edifici moderni, sostenibili e performanti. Sia X-LAM che Platform Frame rappresentano il futuro dell’edilizia sostenibile.
Il Sistema X-LAM (Cross Laminated Timber)
Il sistema X-LAM, o pannello in legno massiccio a strati incrociati, si basa su pannelli multistrato formati da tavole incollate con strati a fibre incrociate (solitamente 3, 5 o 7). L’alternanza ortogonale delle fibre conferisce al materiale stabilità dimensionale, resistenza bidirezionale e rigidezza nel piano. I pannelli vengono prodotti con macchine CNC ad alta precisione, già predisposti per aperture e passaggi impiantistici, riducendo tempi di posa e margini d’errore in cantiere.
Vantaggi e Caratteristiche Principali dell'X-LAM
- Resistenza strutturale: I pannelli X-LAM lavorano come piastre portanti capaci di resistere a carichi verticali e orizzontali. Il comportamento statico non è paragonabile al calcestruzzo armato, ma le funzioni portanti risultano simili grazie al lavoro combinato tra pannelli e connessioni metalliche.
- Sicurezza antisismica: Le pareti X-LAM, collegate tramite angolari, hold-down e viti strutturali, formano un sistema scatolare in grado di dissipare l’energia sismica. La resistenza dipende dalla duttilità e capacità dissipativa delle connessioni, come previsto da EN 1998-1 e Eurocodice 5 - Parte 1-1. Solo con le NTC18, in Italia, si è definito l’inquadramento normativo che regola l'uso dei pannelli in X-LAM come materiali da costruzione e soprattutto in contesti sismici.
- Comportamento al fuoco: Il legno massiccio mantiene la propria capacità portante in caso di incendio grazie alla formazione di uno strato carbonizzato che protegge il nucleo interno. La resistenza al fuoco si valuta secondo EN 1995-1-2, considerando una velocità di carbonizzazione di circa 0,65 mm/min.
- Efficienza energetica: Il pannello X-LAM di per sé ha una bassa conducibilità termica, ma necessita di strati isolanti aggiuntivi (fibra di legno, lana minerale, ecc.) per ottenere alte prestazioni. Il sistema garantisce un’ottima tenuta all’aria e facilita la realizzazione di edifici NZEB (Nearly Zero Energy Building).
- Flessibilità progettuale: Consente la realizzazione di edifici multipiano e architetture complesse, con tempi di montaggio ridotti e alta precisione dimensionale.
È ideale per: edifici residenziali e commerciali di medio-grandi dimensioni, costruzioni multipiano e zone a elevata sismicità. I pannelli in X-LAM rappresentano una soluzione robusta, ideale per grandi strutture con elevate performance antisismiche e isolanti.
Il Sistema Platform Frame: Fondamenti e Diffusione
Il sistema Platform Frame, o struttura a telaio in legno, è la tecnologia costruttiva più diffusa al mondo. Originario del Nord America e perfezionato in Europa, si basa su una ossatura di montanti e traversi in legno (massiccio o lamellare) disposti a interasse regolare (di norma 60-65 cm). Questa struttura viene irrigidita mediante pannelli strutturali (OSB, compensato, fibrogesso o MDF strutturale), che assicurano stabilità e resistenza ai carichi orizzontali. Gli spazi interni tra i montanti vengono riempiti con isolanti termoacustici, integrando la funzione portante e quella energetica. Il sistema costruttivo Platform Frame, di origine anglosassone, prevede un’intelaiatura in legno, composta da montanti verticali connessi a traversi e piastre, facilmente assemblabili in cantiere, garantendo quindi rapidità di costruzione. I nodi di connessione sono generalmente realizzati con piastre metalliche e viti, e le pareti sono rinforzate da pannelli in compensato o OSB (Oriented Strand Board), fornendo la rigidità necessaria.
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La semplicità e velocità di realizzazione con questi sistemi hanno fatto sì che questo tipo di strutture si diffondesse in tutto il mondo anglosassone già dai tempi della Conquista dell’Ovest, a partire dalla metà del XIX secolo, arrivando oggi ad occupare la quasi totalità delle realizzazioni edili residenziali in questi mercati. Nello specifico, la tecnica del Platform frame è la più diffusa, e prevede che singoli piani siano realizzati uno sull’altro. È un sistema costruttivo che, contrariamente a quanto molti pensano, non è basato sulla prefabbricazione ma su una grande attenzione ai dettagli e alle più svariate esigenze architettoniche.
Le tipologie strutturali della costruzione di legno moderna basate sul principio della costruzione intelaiata sono formate da elementi di superficie (pareti e solai), formati da un telaio ricoperto da fogli di compensato o OSB con funzioni strutturali di stabilizzazione e di lastra. Caratteristica del telaio é l’essere formato da segati di sezione piuttosto ridotta, paralleli tra loro e disposti ad un interasse pure piuttosto ridotto (0,55 fino a 0,70 m nella maggior parte dei casi).
Vantaggi e Caratteristiche Principali del Platform Frame
- Leggerezza e duttilità: La struttura a telaio ha massa ridotta e comportamento flessibile, caratteristiche che la rendono adatta in zona sismica. La dissipazione dell’energia avviene attraverso le connessioni chiodate o viti strutturali dei pannelli di controventamento.
- Facilità impiantistica: Le cavità interne alle pareti consentono il passaggio di impianti senza interferire con gli elementi portanti.
- Prefabbricazione e velocità di montaggio: Le pareti possono essere prefabbricate in stabilimento e montate in cantiere in tempi molto ridotti, con ottima precisione.
- Prestazioni energetiche: L’intercapedine consente di ottenere spessori isolanti elevati, raggiungendo valori di trasmittanza molto bassi e un elevato comfort abitativo.
Il sistema platform-frame rappresenta oggi una soluzione estremamente efficiente per edifici residenziali e multipiano di altezza contenuta. È ideale per: abitazioni su uno o più piani, edifici modulari, residenze sostenibili e ristrutturazioni leggere.
Confronto tra X-LAM e Platform Frame
La scelta tra X-LAM e Platform Frame dipende dalle esigenze specifiche del progetto e dalle condizioni locali. Il sistema Platform Frame offre una maggiore flessibilità e velocità di esecuzione. Di seguito una sintesi comparativa:
| Caratteristica | Sistema X-LAM | Sistema Platform Frame |
|---|---|---|
| Struttura base | Pannelli massicci a strati incrociati | Telaio di montanti e traversi in legno, pannelli OSB/compensato |
| Stabilità dimensionale | Alta, grazie all'alternanza delle fibre | Fornita dai pannelli di rivestimento |
| Produzione | CNC, prefabbricata con precisione | Pannelli prefabbricabili in stabilimento |
| Resistenza sismica | Sistema scatolare, dissipazione energia connessioni | Massa ridotta, comportamento flessibile, connessioni chiodate |
| Passaggio impianti | Predisposto in produzione | Cavità interne alle pareti |
| Velocità di montaggio | Ridotta | Molto ridotta |
| Isolamento termico | Bassa conducibilità intrinseca, necessita strati aggiuntivi | Intercapedini per alti spessori isolanti |
| Flessibilità progettuale | Edifici multipiano, architetture complesse | Abitazioni uno/più piani, modulari, ristrutturazioni |
Verifica Strutturale di Edifici Platform Frame
Per la progettazione di un edificio in legno con sistema platform frame è fondamentale seguire una metodologia di calcolo rigorosa. Nel platform-frame i collegamenti sono fondamentali sia per la resistenza sia per la duttilità.
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Dimensionamento per Carichi Verticali
I segati assumono la funzione di pilastro nelle pareti (trasmissione delle forze verticali a compressione) e di trave inflessa nei solai, e come tali devono essere dimensionati. Di regola l'asse dei pilastri corrisponde con la posizione dell'asse delle travi orizzontali dei solai, in modo da permettere una trasmissione diretta delle forze. La discesa dei carichi verticali è distribuita su tutti i pilastri, ed è quindi anche distribuita su tutta la lunghezza delle pareti. Il dimensionamento delle pareti per carichi verticali è quindi legato alla verifica per compressione parallela alle fibre e di instabilità dei segati disposti all’interno del telaio. Nella verifica di stabilità occorre tenere presente il reale grado di vincolo dei montanti, che nel piano della parete è determinato dalla presenza dei fogli di controvento, collegati con chiodi disposti ad un certo interasse: di conseguenza maggiore importanza sarà da attribuire alle verifiche di instabilità fuori dal piano della parete. Inoltre, considerando la presenza all’interno del telaio di traversi lignei continui che trasmettono le forze verticali ai montanti ed in fondazione, un’altra verifica molto importante è quella dello schiacciamento per compressione ortogonale alle fibre.
Il dimensionamento dei solai per carichi verticali è legato alla verifica della singola elemento lineare disposto all’interno del solaio che, come detto, lavora come trave inflessa. Seguendo le indicazioni dell’ Eurocodice 5, EN 1995-1, si schematizza il comportamento del solaio nel piano come quello di una trave alta su due appoggi, rappresentati dalle pareti d’ambito dove si appoggia il solaio.
Ruolo dei Pannelli OSB nel Controventamento e Verifica a Taglio
Le tipologie strutturali della costruzione di legno moderna basate sul principio della costruzione intelaiata sono formate da elementi di superficie (pareti e solai), formati da un telaio ricoperto da fogli di compensato o OSB con funzioni strutturali di stabilizzazione e di lastra. Per »pannello parete« si intende quella porzione di telaio rivestita (su uno o due lati) da un foglio di rivestimento strutturale (generalmente in compensato oppure in OSB), la cui larghezza deve essere almeno maggiore di un quarto dell’altezza (generalmente le dimensioni di questi elementi sono 1,2 à- 2,4 m).
I fogli di rivestimento strutturale svolgono funzione di controventamento del telaio ligneo (che altrimenti sarebbe una struttura non in grado di trasmettere forze orizzontali), e quindi i collegamenti che uniscono il foglio di rivestimento al telaio devono essere progettati per resistere alla trasmissione delle forze orizzontali. L’Eurocodice 5 prescrive di ridurre questo valore di resistenza con un certo parametro nel caso in cui il rapporto tra base ed altezza sia minore di 0,5. La resistenza di una parete costituita da piö pannelli parete deve essere determinata come la sommatoria delle resistenze dei singoli pannelli parete.
Seguendo le indicazioni dell’ Eurocodice 5, EN 1995-1, si schematizza il comportamento del pannello parete nel piano come quello di una mensola opportunamente vincolata a terra, sollecitata da forze orizzontali trasmesse dagli orizzontamenti o dalle pareti disposte in direzione ortogonale. Si deve inoltre garantire che le sollecitazioni di taglio che si trasmettono attraverso il pannello siano trasmesse direttamente in fondazione, attraverso una serie di ancoraggi atti a evitare lo scorrimento, e una serie di ancoraggi (hold-down) atti ad evitare il ribaltamento.
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Dettagli Costruttivi_Piano Terra - Interni pareti - Platform Frame
Normative e Comportamento Sismico
Diverse prescrizioni costruttive sono contenute al punto 10.8 dell’Eurocodice 5, EN 1995-1, sia per gli elementi di solaio che per gli elementi di parete. Gli elementi di orizzontamento (i solai), possono essere considerati infinitamente rigidi nel proprio piano se vengono soddisfatte le prescrizioni costruttive contenute nell’Eurocodice 5 già discusse, e le prescrizioni aggiuntive per la zona sismica contenute nell’Eurocodice 8 al punto 8.5.3. La capacità di dissipazione energetica della struttura nel suo complesso puo essere quantificata attraverso il »fattore di struttura«, q, che è il rapporto tra le massime risposte della struttura con comportamento puramente elastico e con comportamento elastoplastico al terremoto eccezionale caratteristico della zona; rappresenta pertanto il fattore di riduzione tra lo spettro di risposta elastico definito genericamente per il sito e lo spettro di progetto della specifica struttura, che sfrutterà le risorse post-elastiche rese disponibili attraverso la progettazione.
Rigidezza a Taglio dei Pannelli OSB nell'Analisi FEM
Per modellare un edificio a pareti a telaio in legno e pannelli OSB, è cruciale determinare un valore attendibile della rigidezza a taglio da dare al pannello OSB in analisi FEM, che possibilmente tenga conto dei vari meccanismi che sottendono la deformazione a taglio. In letteratura ho trovato alcuni valori e riferiti a pannelli in compensato. Nelle figure a lato si riportano alcuni grafici derivanti dai primi risultati dei test condotti all'Università di Trento e presentati alla Word Conference in Timber Engineering 2012.
Strumenti Software per la Progettazione e Verifica
Per entrambi i sistemi costruttivi, STS propone soluzioni che facilitino il professionista nella transizione al green building, inserendo all’interno del proprio software CDS Win moduli dedicati alla progettazione ed alla verifica delle strutture e dei connettori. Le strutture verticali ed orizzontali di edifici realizzati con pannelli in X-LAM o con sistemi Platform Frame vengono modellati nel CDS Win con elementi bidimensionali. Generato il modello della struttura e completata l’analisi del comportamento sismico, il software mostra a video gli esecutivi delle pareti. A partire dalla release 2022, il modulo di calcolo in oggetto è stato ulteriormente potenziato permettendo l’inserimento e le verifiche dei connettori.