Nel settore delle case prefabbricate in legno, il sistema a telaio (Platform Frame) è di gran lunga la tipologia costruttiva più diffusa ed apprezzata. È il sistema di costruzione più vicino a quello delle case in mattoni e calcestruzzo, ma se ne differenzia in modo sostanziale per l’utilizzo quasi esclusivo del legno. Merito della rapidità e facilità di montaggio, ma anche di una robustezza, un grado di affidabilità e personalizzazione fuori dal comune. Il PLATFORM FRAME è il sistema costruttivo delle case prefabbricate in legno più diffuso al mondo!
Cos'è il Sistema Platform Frame?
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). La sua caratteristica più evidente è quella di avere la struttura portante costituita dal telaio (cioè l'insieme di travi e montanti), a sua volta rivestito da pannelli che hanno funzione di controventamento e consolidano così la struttura portante principale. Il sistema costruttivo adottato è il Platform Frame, o parete intelaiata, che permette di assemblare le pareti portanti della casa. Ogni piano di un edificio funge da piattaforma per i piani superiori.
La Realizzazione di una Casa in Platform Frame
La costruzione di una casa in legno a telaio segue fasi precise, garantendo efficienza e solidità strutturale sin dalle fondamenta.
Le Fondazioni
Tutto parte dalla platea in cemento, la base su cui poserà l’edificio. Le fondazioni delle case prefabbricate in legno sono generalmente realizzate con platea in cemento armato, oppure con piani interrati composti da setti in cemento armato. Spesso, per proteggere la struttura soprastante da umidità e infiltrazioni, il calcestruzzo viene rivestito con uno strato bituminoso. Per noi anche le fondazioni della casa sono oggetto di cura particolare per questo usiamo materiali come il polistirene espanso (XPS) per l’isolamento e per la caldana.
La Struttura del Telaio in Legno
Sulla base, tramite barre filettate, vengono ancorate le travi lignee di sostegno, solitamente di tipo lamellare. Si inizia con la realizzazione del telaio in legno, composto da montanti e traverse che formano una griglia. Le pareti esterne e quelle interne resistenti a taglio sono costituite da telai portanti composti da montanti in legno di abete bianco o rosso di prima qualità. Questi montanti sono opportunamente selezionati, essiccati e piallati, di sezione minima 60×120/160 mm, o spesso di 45×150 mm. Sono posti verticalmente a un interasse di circa 45-50 cm o 60 cm, collegati al piede e in sommità con opportune piastre metalliche e travi di identica base e opportuna altezza. Questi telai sono poi irrigiditi e controventati con traversi in massello 45 x 150 mm e placcati all’esterno e all’interno con specifiche pannellature.
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La struttura in legno del sistema Platform Frame così composta (pilastri, traversa inferiore e superiore) viene irrigidita, sia sul lato interno che sul lato esterno, mediante pannelli in legno OSB (Oriented Strand Board) dello spessore minimo di 15 mm o 18 mm. Questi pannelli sono fissati alla struttura del telaio mediante chiodi o viti posti ad opportuno interasse, conferendo in tale maniera il controventamento verticale necessario a tutta la struttura. La tavolatura in OSB è un conglomerato di legno ad alta densità e resistenza, largamente impiegato per le costruzioni abitative. I fogli di rivestimento strutturale svolgono funzione di controventamento del telaio ligneo, e quindi i collegamenti che uniscono il foglio di rivestimento al telaio devono essere progettati per resistere alla trasmissione delle forze orizzontali.
Isolamento e Rivestimenti
Gli spazi interni tra i montanti del telaio vengono riempiti con materiali isolanti termoacustici come la lana di roccia, fibra di legno o canapa. Nella parte esterna dell’edificio, i pannelli lignei sono rivestiti tramite cappotto isolante, solitamente realizzato in lana di roccia, sughero o legno mineralizzato. La parete Platform Frame così composta viene poi rivestita internamente con pannelli cemento legno dello spessore di 50 mm, termoisolanti ed ignifughi, e pannelli in cartongesso e/o fibrogesso; esternamente alle pareti perimetrali vengono invece applicati pannelli in sughero e relativa finitura ad intonaco. All’interno, un’intercapedine accoglie tutti i sistemi elettrici ed idraulici.
Costruzione per Piani
La costruzione delle case in legno procede per piani. I telai del primo piano vengono fissati al basamento, dopo di che viene realizzato il primo solaio. A questo punto si procede fissando a esso il telaio del secondo piano e così via. Il primo solaio serve come piattaforma per la costruzione del secondo, incrementando il tasso di sicurezza in cantiere. Le pareti possono essere costruite direttamente in opera e fissate sopra il rivestimento del solaio, oppure semplicemente costruite in stabilimento, poi trasportate e assemblate in cantiere.
Casa con struttura portante in Legno. Sistema Platform-Frame.
Componenti Standard del Telaio in Legno
Il sistema Platform Frame si avvale di componenti standardizzati per garantire robustezza e facilità di costruzione. La struttura portante è costituita da travi e montanti.
- Montanti Verticali: Sono composti da una serie di pilastri di sezione minima 60×120/160 mm, spesso 45x150 mm, posti verticalmente ad un interasse di circa 60 cm (o 45-50 cm). Assumono la funzione di pilastro nelle pareti per la trasmissione delle forze verticali a compressione.
- Travi Orizzontali (Traverse): Collegano i montanti al piede e in sommità. Nei solai, i segati assumono la funzione di trave inflessa. 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.
- Pannelli di Controventamento: Principalmente in OSB3 (Oriented Strand Board), un conglomerato di legno ad alta densità e resistenza, o compensati fenolici certificati, dello spessore minimo di 15 mm o 18 mm. Questi pannelli, fissati con chiodi o viti, sono fondamentali per la stabilità e la resistenza ai carichi orizzontali (vento, sisma).
- Materiale Isolante: Inserito tra i montanti, può essere lana di roccia, fibra di legno, canapa, sughero o legno mineralizzato. L’intercapedine consente di ottenere spessori isolanti elevati.
- Rivestimenti: Pannelli cemento legno, cartongesso o fibrogesso all'interno; pannelli in sughero e intonaco all'esterno.
Vantaggi del Sistema Platform Frame
Tra le case in legno, quelle realizzate con sistema a telaio godono di una serie lunghissima di vantaggi, fattori che hanno recentemente permesso al settore delle case prefabbricate in legno di crescere esponenzialmente anche in Italia.
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- Risparmio Energetico: Il risparmio energetico, dovuto all’ottimo potere isolante dei materiali, è tra i vantaggi più apprezzati. Le case in legno a telaio consumano poca energia e, di conseguenza, fanno spendere meno. Le case in classe energetica A hanno minori sbalzi di temperatura, spifferi, umidità e condense e consumano fino a 5 volte meno rispetto a quelle in classe F (classe cui appartiene circa il 90% delle case in Italia).
- Sicurezza e Resistenza: Il fattore sicurezza non è da sottovalutare: le case prefabbricate in legno a telaio hanno un’elevata resistenza al fuoco e ai fenomeni sismici. La tecnologia del telaio della piattaforma è caratterizzata dalla “leggerezza” e quindi le sollecitazioni indotte dall’azione sismica sono notevolmente inferiori. La dissipazione dell’energia avviene attraverso le connessioni chiodate o viti strutturali dei pannelli di controventamento. Il sistema garantisce il coefficiente di struttura più alto fra le tipologie costruttive in legno.
- Rapidità e Efficienza Costruttiva: Merito della rapidità e facilità di montaggio, con una conseguente maggiore certezza del costo di realizzazione. Le pareti possono essere prefabbricate in stabilimento e montate in cantiere in tempi molto ridotti, con ottima precisione. Questo riduce i tempi di realizzazione e la necessità di impiegare una manodopera limitata, minimizzando i rischi dovuti ad imprevisti di cantiere.
- Flessibilità Progettuale e Impantistica: Platform Frame è estremamente versatile, adatto alla realizzazione di case prefabbricate, ampliamenti e prospetti, edifici multipiano, commerciali o industriali. Le cavità interne alle pareti consentono il passaggio di impianti elettrici ed idraulici senza interferire con gli elementi portanti.
- Aspetto Tradizionale: Le case realizzate con il sistema Platform Frame presentano sia internamente che esternamente l’aspetto di un’abitazione tradizionale.
Platform Frame vs. X-LAM: Una Breve Comparazione
Oltre al Platform Frame, un’altra tecnologia diffusa nel settore delle costruzioni in legno è l'X-LAM (Cross Laminated Timber), conosciuta fuori dai confini italiani con l'acronimo CLT. Sebbene entrambi i sistemi sfruttino la prefabbricazione e la progettazione ingegneristica del legno, presentano differenze significative nella loro struttura portante e nell'applicazione.
| Caratteristica | Sistema Platform Frame | Sistema X-LAM (CLT) |
|---|---|---|
| Struttura Portante | Telaio (insieme di travi e montanti) rivestito da pannelli di controventamento (OSB) | Pannello pieno multistrato (da 3 a 7 strati incrociati di legno massello incollati) |
| Lavorazione in Piano | Il sistema costruttivo è a lastra, con elementi portanti e di controventamento strettamente connessi | I pannelli lavorano come piastre portanti bidirezionali (grazie all'alternanza ortogonale delle fibre) |
| Leggerezza e Duttilità | Massa ridotta, comportamento flessibile, alta duttilità sismica; sollecitazioni sismiche notevolmente inferiori | Maggiore robustezza, flessibilità inferiore rispetto al telaio; adatto per aree soggette a terremoti |
| Gestione Impianti | Cavità interne alle pareti per il passaggio impianti (elettrici e idraulici) senza interferire con gli elementi portanti | Necessita di controparete interna per il passaggio impianti o pre-forature nei pannelli in fase di produzione CNC |
| Prefabbricazione | Pareti prefabbricabili in stabilimento con montaggio rapido in cantiere; alta precisione | Pannelli prodotti con macchine CNC ad alta precisione, già predisposti per aperture e passaggi impiantistici |
| Ideale per | Abitazioni su uno o più piani, edifici modulari, residenze sostenibili, ristrutturazioni leggere, edifici multipiano | Edifici residenziali e commerciali di medio-grandi dimensioni, costruzioni multipiano e zone a elevata sismicità |
Aspetti Strutturali e Normativi
La progettazione di un edificio in Platform Frame richiede un'attenta considerazione degli aspetti strutturali e il rispetto delle normative vigenti, in particolare per garantire la stabilità e la sicurezza.
Dimensionamento delle Pareti e dei Solai
Nelle pareti, i segati assumono la funzione di pilastro (trasmissione delle forze verticali a compressione) e devono essere dimensionati di conseguenza. Il dimensionamento delle pareti per carichi verticali è legato alla verifica per compressione parallela alle fibre e di instabilità dei segati disposti all’interno del telaio. 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. 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 lavora come trave inflessa. 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.
Controventamento e Stabilizzazione
La stabilizzazione e il controventamento di una struttura sono aspetti di primaria importanza nella progettazione di una costruzione di legno, poiché intervengono in modo rilevante nella concezione strutturale del progetto. Una struttura di legno senza alcun tipo di accorgimento per la propria stabilità, se sottoposta a carichi trasversali anche di modesta entità, presenta deformazioni non accettabili. Gli accorgimenti che rendono la struttura rigida nei confronti di tali azioni sono comunemente definiti controventi o sistemi di controvento ed hanno la funzione di stabilizzare il sistema strutturale. Gli elementi portanti sono strettamente connessi a quelli di controventamento e stabilizzazione. I fogli di rivestimento strutturale (generalmente in compensato oppure in OSB) svolgono funzione di controventamento del telaio ligneo, e i collegamenti che uniscono il foglio di rivestimento al telaio devono essere progettati per resistere alla trasmissione delle forze orizzontali. 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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Le Normative di Riferimento
La progettazione deve seguire le indicazioni dell’Eurocodice 5, EN 1995-1. Quest'ultimo prescrive di ridurre il valore di resistenza dei pannelli di controventamento nel caso in cui il rapporto tra base ed altezza sia minore di 0,5. 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 può essere quantificata attraverso il »fattore di struttura«, q, come previsto da EN 1998-1.
Evoluzione Storica: Dal Balloon Frame al Platform Frame
La storia delle costruzioni in legno leggero in Nord America ha visto un'evoluzione significativa, culminata nello sviluppo del Platform Frame.
I primi coloni europei, pur trovando grande abbondanza di alberi di conifere e di latifoglie nel Nuovo Mondo, scarseggiavano invece di braccia e strumenti per lavorarli. Le nuove tecnologie della tradizione furono applicate, ma con un tentativo di semplificazione delle lavorazioni. La svolta tecnologica arrivò alla fine del 1700 con l'invenzione in Nord America della prima macchina per la costruzione di chiodi di ferro; è stata proprio questa la svolta per la produzione in serie di componenti edilizi, poiché il chiodo a basso costo ha rivoluzionato il sistema costruttivo e ha dato nuovo impulso all’edilizia nord americana.
Bisogna però attendere fino alla metà del 1800, quando sorsero lungo i fiumi dell’Est e del Nord America le prime segherie meccanizzate capaci di fornire tavole e squadrati in grandi quantità. A quel punto, i sistemi costruttivi europei ad intelaiatura di tronchi squadrati, con i riempimenti di pietre e mattoni, apparvero ben presto inadeguati alle condizioni climatiche del Nord America. Pertanto, sia i tronchi di grosse dimensioni, sia i riempimenti, furono sostituiti da una intelaiatura leggera, tamponata all’esterno con assiti inchiodati ai montanti. Il passo successivo fu la costruzione di un sistema formato da montanti, travi e tavole, composto come un insieme costruttivo solidale, ottenuto assottigliando le dimensioni della struttura portante e facendo collaborare le tavole di rivestimento alla stabilità dell’edificio.
Il Balloon frame, un sistema che impiegava montanti (pilastri) aventi l’altezza di due piani senza interruzioni dalla piattaforma di base al suolo fino alla trave di gronda sulla quale poggiano i puntoni del tetto, venne soprannominato "pallone volante sotto i colpi mortali del vento" dai carpentieri di vecchia generazione. Ma a partire dal 1826 il sistema balloon frame prese piede molto velocemente, grazie anche al costo dei chiodi che scendeva precipitosamente con l’aumentare della produzione industriale.
Il Platform frame è l'evoluzione del Balloon Frame, e prevede i montanti (pilastri) che si interrompono alla soletta del primo piano, ideale per costruire il piano successivo. Attualmente è il sistema più diffuso e utilizzato per la costruzione di edifici di legno, poiché il primo solaio serve come piattaforma per la costruzione del secondo e così via, incrementando il tasso di sicurezza in cantiere. Pertanto, le pareti sono costruite direttamente in opera e fissate sopra il rivestimento del solaio, oppure semplicemente costruite in stabilimento, poi trasportate e assemblate in cantiere.
La Copertura nel Sistema Platform Frame
La copertura di una casa realizzata con il sistema Platform Frame è un elemento cruciale per la protezione e l'isolamento dell'edificio. Essa è costituita da capriate leggere di legno, posate in corrispondenza dei montanti, oppure da un reticolo di travetti fissati in basso al dormiente superiore della parete e in alto ad una trave di colmo. Molto usato negli Stati Uniti è il sistema di fissaggio con le piastre chiodate denominate “gang nail”. Le capriate leggere possono essere acquistate dai rivenditori specializzati che le calcolano in funzione dei parametri indicati dal progettista-cliente.