(Terza Edizione)

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Manuale di progettazione perstrutture in acciaio inossidabile(Terza Edizione)

2006 Euro Inox e The Steel Construction Institute2-87997-206-X2-87997-039-3 (Prima Edizione)Euro Inox e The Steel Construction Institute hanno fatto ogni sforzo per far sì che le informazioni presentate siano tecnicamentecorrette. In ogni caso, si avvisa il lettore che il materiale qui contenuto è presentato unicamente per informazione generale. EuroInox, The Steel Construction Institute e tutti coloro che hanno fornito contributi non rispondono di qualunque danno o perditacausata dall’impiego delle informazioni contenute in questa pubblicazione.ISBN 2-87997-187-XCD-ROMISBN 2-87997-204-3versione ingleseISBN 2-87997-205-1versione franceseISBN 2-87997-207-8versione spagnolaISBN 2-87997-208-6versione finlandeseISBN 2-87997-209-4versione svedeseISBN 2-87997-210-8versione tedescaii

PREFAZIONETerza edizioneQuesta Terza Edizione del Manuale di Progettazione è stata redatta dallo Steel ConstructionInstitute come risultato del progetto di ricerca FRAC Progetto di valorizzazione –Progettazione strutturale in acciaio inossidabile lavorato a freddo (contratto RFS2-CT2005-00036). Si tratta di una revisione completa della Seconda Edizione con lo scopo diincludere gli acciai inossidabili austenitici lavorati a freddo e aggiornare tutti i riferimentialle nuove versioni degli Eurocodici. Questa terza Edizione fa riferimento alle partiprincipali delle EN 1990, EN 1991 ed EN 1993. L’approccio della progettazione strutturaleal fuoco nel Cap. 7 è stato aggiornato e sono state inserite nuove sezioni sulla durabilitàdell’acciaio inossidabile in strutture interrate e sulla valutazione del costo del ciclo di vitadella struttura (life cycle costing).Tre nuovi esempi di progettazione sono stati aggiunti per mostrare l’uso appropriatodell’acciaio inossidabile. Questi sono stati completati dai seguenti partner del suddettoprogetto FRAC: Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) The Swedish Institute of Steel Construction (SBI) Technical Research Centre of Finland (VTT)Un comitato di verifica progettuale, composto dai rappresentanti di ogni partecipante,subcontraenti ed organismi finanziatori, ha offerto la sua supervisione ai lavori ed hacontribuito alla redazione del manuale. Le seguenti organizzazioni hanno partecipato allastesura di questa Terza Edizione: The Steel Construction Institute (SCI) Centro Sviluppo Materiali (CSM) CUST, University of Blaise Pascale Euro Inox RWTH Aachen Institute of Steel Construction Technical Research Centre of Finland (VTT) The Swedish Institute of Steel Construction (SBI) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)(coordinatore del progetto)Seconda edizioneQuesto manuale di progettazione è stato redatto dallo Steel Construction Institute per esserepubblicato come risultato del programma finanziato dalla CECA "Progetto di valorizzazione- Sviluppo dell'uso di acciaio inossidabile in edilizia" (contratto 7215-PP-056) e costituisceuna revisione completa del Manuale di progettazione per strutture in acciaio inossidabilepreparato dallo stesso Istituto fra il 1989 ed il 1992 e pubblicato da Euro Inox nel 1994.Questa nuova edizione tiene conto dei progressi delle conoscenze in tema di comportamentodelle strutture in acciaio inossidabile nell'ultimo decennio ed, in particolare, sono statiinseriti i nuovi suggerimenti di progettazione del progetto finanziato dalla CECA eiii

recentemente concluso, Sviluppo dell'uso di acciaio inossidabile nell'edilizia (contratto7210-SA/842), che è stato ampliato con l'inserimento del progetto di strutture resistenti alfuoco. Negli ultimi 10 anni sono state emesse nuove norme europee sugli acciai inossidabili,sui collegamenti, sulla produzione, sul montaggio, sulle saldature, ecc. Questo manuale èstato aggiornato alle normative attuali ed ai dati in esse precisati.Un comitato di verifica progettuale, composto dai rappresentanti di ogni partecipante,subcontraenti ed organismi finanziatori, ha offerto la sua supervisione ai lavori ed hacontribuito alla redazione del manuale.Gli esempi riportati sono stati effettuati presso i seguenti partecipanti: Istituto di Tecnologia di Luleå; Centro di Ricerca Tecnica della Finlandia (VTT); RWTH di Aachen; Centre Technique Industrial de la Construction Métallique (CTICM) The Steel Construction Institute (SCI)Sono stati membri del comitato direttivo e/o hanno redatto gli esempi di progetto:Nancy BaddooThe Steel Construction InstituteMassimo BarteriCentro Sviluppo Materiali (CSM)Bassam BurganThe Steel Construction InstituteHelena Burstrand KnutssonSwedish Institute of Steel Construction (SBI)Lars HamrebjörkSwedish Institute of Steel Construction (SBI)Jouko KouhiTechnical Research Centre of Finland (VTT)Roland MartlandHealth and Safety Executive (UK)Enrique MirambellUniversitat Politècnica de Catalunya (UPC)Anders OlssonAvestaPolarit AB (publ) (ex Luleå Institute of Technology)Thomas PaulyEuro InoxEsther RealUniversitat Politècnica de Catalunya (UPC)Ivor RyanCentre Technique Industrial de la Construction MétalliqueHeiko StangenbergRWTH Aachen Institute of Steel ConstructionAsko TaljaTechnical Research Centre of Finland (VTT)iv

RINGRAZIAMENTISi ringraziano vivamente i seguenti organismi per il loro sostegno finanziario al progetto: Fondo di Ricerca per l’Acciaio ed il Carbone (FRAC) (ex Comunità Europea delCarbone e dell'Acciaio (CECA)) Euro Inox Health and Safety Executive (Regno Unito) Outokumpu Stainless Oy.v

PREMESSAQuesto manuale è stato preparato per guidare ingegneri esperti nella progettazione distrutture in acciaio in generale, non necessariamente solo inossidabile. Non deve considerarsiassolutamente come pubblicazione di carattere ufficiale, né come testo in grado di esimere iprogettisti dalla loro responsabilità di garantire, nei risultati, la sicurezza e la funzionalitàdelle strutture.Il manuale è diviso in due parti: Parte IRaccomandazioni Parte IIEsempi di ProgettazioneLe raccomandazioni della Parte I sono formulate secondo la filosofia degli stati limite ed,all'occorrenza, si adeguano a quelle delle seguenti Parti dell’Eurocodice 3, Progettazionedelle strutture in acciaio:EN 1993-1-1Progetto di strutture in acciaio: norme generali sugli edificiEN 1993-1-2Progetto di strutture in acciaio: strutture anti-incendioEN 1993-1-3Progetto di strutture in acciaio: elementi e lamiere sottili formati afreddoEN 1993-1-4Progetto di strutture in acciaio: acciai inossidabiliEN 1993-1-5Progetto di strutture in acciaio: elementi strutturali a piastraEN 1993-1-8Progetto di strutture in acciaio: giunti e collegamentiEN 1993-1-9Progetto di strutture in acciaio: resistenza alla faticaEN 1993-1-10Progetto di strutture in acciaio: qualifica dei materiali per tenacitàalla fratturaQuesto Manuale fornisce per alcuni fattori solo valori raccomandati, che possono esseresoggetti a modifica a livello nazionale attraverso Documenti Nazionali di Applicazione.Gli Esempi di Progettazione contenuti nella Parte II mostrano come devono utilizzarsi leRaccomandazioni. Un sistema di riferimenti incrociati individua il capitolo degli esempicorrispondente alla raccomandazione in oggetto.Le Raccomandazioni e gli Esempi di Progettazione sono disponibili on-line presso Steelbiz(www.steelbiz.org) e sul sito web di Euro Inox (www.euro-inox.org). Un Commento alleRaccomandazioni, che include un insieme completo di riferimenti, è inoltre disponibile online su questi siti. Lo scopo del Commento alle Raccomandazioni è consentire al progettistadi valutare i fondamenti delle raccomandazioni e facilitare lo sviluppo di revisioni nonappena nuovi dati si rendano disponibili. Con l’occasione, vengono presentati i risultati divarie campagne sperimentali condotte specificatamente per fornire una base di datisperimentali al Manuale. Le Raccomandazioni, gli Esempi di Progettazione e il Commentoalle Raccomandazioni sono anche disponibili su un CD edito da Euro Inox.vi

Uno strumento di progettazione on-line è inoltre disponibile al link www.steelstainless.org/software per la progettazione di membrature in acciaio inossidabile formate afreddo soggette a tensione assiale, compressione assiale o flessione. Lo strumento diprogettazione calcola le proprietà della sezione e la resistenza delle membrature in accordocon le raccomandazioni contenute in questo Manuale di Progettazione.Le raccomandazioni di progettazione presentate in questo manuale si fondano sulle miglioriconoscenze a disposizione all'atto della pubblicazione. Comunque, da parte dei partecipantial progetto e degli altri partecipanti alla redazione del manuale, non si assume alcunaresponsabilità per lesioni personali, morti, perdite, danni o ritardi, comunque causati, perl'uso dei suggerimenti contenuti in questo manuale.vii

viii

INDICEPREFAZIONEiiiRINGRAZIAMENTIvPREMESSAviPARTE I - liConvenzione per gli assi delle membratureUnità di misura111332PRINCIPI DI PROGETTAZIONE2.1Requisiti generali2.2Progettazione agli stati limite2.3Carichi3MATERIALI: PROPRIETA’, SCELTA E DURABILITA’3.1Qualità dei materiali3.2Comportamento meccanico e valori di progettodelle caratteristiche meccaniche3.3Proprietà fisiche3.4Effetti della temperatura3.5Life cycle costing3.6Scelta dei materiali3.7Durabilità21222223264PROPRIETA’ DELLE SEZIONI TRASVERSALI4.1Generalità4.2Rapporti massimi larghezza/spessore4.3Classificazione delle sezioni trasversali4.4Larghezze efficaci4.5Elementi irrigiditi4.6Calcolo delle proprietà delle sezioni4.7Resistenza delle sezioni35353535394448505PROGETTO DELLE MEMBRATURE5.1Introduzione5.2Membrature soggette a trazione5.3Membrature soggette a compressione5.4Membrature soggette a flessione5.5Membrature soggette alla combinazione dicarichi assiali e momenti flettenti5555555559706PROGETTO DEI COLLEGAMENTI6.1Raccomandazioni generali6.2Giunti bullonati6.3Viti autofilettanti6.4Giunti saldati7373758080ix5557111116

7PROGETTO DI STRUTTURE RESISTENTI AL FUOCO7.1Generalità7.2Proprietà meccaniche ad elevata temperatura7.3Proprietà termiche ad elevata temperatura7.4Determinazione della resistenza al fuoco GeneralitàDeterminazione della curvasforzo/deformazioneProve su membratureASPETTI DELLA FABBRICAZIONE10.1Introduzione10.2Immagazzinamento e movimentazione10.3Operazioni di 989898100100100101103108108APPENDICE A – Relazione fra le designazioni degli acciai inossidabili111APPENDICE B - Snellezza λLT per instabilità laterale-torsionaleB.1Caso generaleB.2Casi particolari113113116APPENDICE C – Caratteristiche dei materiali per il calcolo degli spostamenti117PARTE II - Esempi di progettazione1191 - Colonna a sezione circolare cava (CHS)1212 - Colonna saldata con sezione trasversale ad H e vincoli laterali1233 - Dimensionamento della lamiera grecata per una copertura a due luci1274 – Resistenza a fatica di un giunto saldato tra elementi cavi1355 – Giunto saldato1396 – Giunto bullonato1477 – Resistenza a taglio di una trave alta1538 – Resistenza di una trave ai carichi concentrati1599 – Trave con la flangia compressa non vincolata16510 – Colonna con carico assiale in caso d’ incendio17311 - Dimensionamento della lamiera grecata per una copertura a due luci18112 – Trave a C formata a freddo per una pavimentazione esterna18713 – Travatura reticolare composta da elementi cavi195x

1INTRODUZIONE1.1ScopoI suggerimenti di questa parte del manuale valgono per specifici tipi di acciaiinossidabili impiegati nelle strutture. Servono principalmente per il progetto dielementi e di componenti strutturali secondari per edifici, installazioni offshore eanaloghe. Non devono utilizzarsi per strutture particolari, tipo quelle per gliimpianti nucleari per i quali già esistono norme specifiche per l’impiegodell’acciaio inossidabile.I suggerimenti riguardano aspetti del comportamento del materiale, laprogettazione di elementi profilati a freddo e saldati ed i loro collegamenti.Valgono per gli acciai inossidabili di tipo austenitico e duplex, che sono impiegatisolitamente per applicazioni strutturali o architettoniche. Le raccomandazioni sonostate confermate esclusivamente per materiali con carico di snervamento nominalefy inferiore a 480 N/mm2. Resistenze maggiori possono essere considerate nellaprogettazione se il progetto viene opportunamente corredato da apposite prove. Isuggerimenti sono stati formulati usando il metodo degli stati limite.1.2 SimboliIn generale i simboli usati in questo Manuale sono gli stessi usati nell’Eurocodice 3, EN 1993-1-1, Progetto di strutture in acciaio, Parte 1.1, Normegenerali. E' stato fatto largo uso di indici, come ad es. Nb,z,Rd è la resistenza diprogetto (indice Rd) di un pilastro soggetto ad un carico assiale (N) di instabilità(indice "b") rispetto all'asse minore (indice "z").Dimensioni ed assi delle sezioni sono illustrati in fig.1.1. Occorre ricordare che, adifferenza della normale pratica di molti paesi, l'asse maggiore di una sezione è disolito quello indicato con "y-y" e quello minore con "z-z", si veda il Cap. 1.3.Lettere latine maiuscoleACEFGILMNQRVWazione eccezionale, areavalore fissato, coefficientemodulo di elasticità, effetto delle azioniazione, forzaazione permanente, modulo di elasticità tangenzialemomento d’inerzialunghezza, campatamomento flettenteforza assialeazione variabileresistenzaazione di tagliomodulo di resistenzaLettere greche maiuscole differenza in . (precede il simbolo principale)1

Lettere latine minuscoleabcdefghiklmnpqrstuuvvwwxx.yy,zz:distanza tra elementi di rinforzo; larghezza della sezione di gola deicordoni di saldaturalarghezza, ampiezzadistanza; sporgenzadiametro; profonditàeccentricità; spostamento dell’asse neutro, distanza dal bordo;distanza dall’estremitàresistenza di un materialeintervalloaltezzaraggio di inerzia; numero interocoefficiente; fattore; lunghezza di schiacciamentolunghezza, campata, lunghezza libera di inflessionecostantenumero di .passo; interasseforza uniformemente distribuitaraggio; raggio di raccordopasso sfalsatospessoreasse maggioreasse minoredeformazione per arricciaturaassi ortogonaliLettere greche minuscoleαβγ(alfa)(beta)(gamma)Rapporto; coefficienteRapporto; coefficienteCoefficiente parziale di sicurezzaε(epsilon) 235 EDeformazione; Coefficiente 210000 fy si)0.5rapporto di snellezza (una barra sopra il simboloindica “parametro adimensionale”)Coefficiente di riduzioneTensione normaleTensione tangenzialeRapportoCoefficiente di riduzione (per instabilità)Rapporto tra le tensioni; coefficiente di riduzioneIndiciabccrdEeffeelfg Valore medioAppoggio, instabilità, bulloneSezione trasversaleCriticoProgettoEuleroEfficaceEfficace (con ulteriori indici)ElasticoAlaLordo2

i,j,kkLTMNnetoplRrSstuVvwxyzστ1.3Indici (in sostituzione di valori o a) momento flettente(riferito a) forza assialeNettoInizialePlasticoResistenzaValore ridottoForza interna; momento interno; secanteSollecitazione a trazione (area); irrigidimentoTensione; trazione; torsioneAsse principale maggiore della sezione trasversale; ultima(riferito a) azione di taglioTaglio, asse principale minore della sezione trasversaleAnima ; saldatura; ingobbamentoasse lungo la membraturaSnervamento (valore sperimentale); asse della sezione trasversale (assemaggiore salvo che per sezioni non simmetriche)Asse della sezione trasversale (asse minore salvo che per sezioni nonsimmetriche))Tensione normaleTensione tangenzialeConvenzione per gli assi delle membratureIn generale la convenzione per gli assi delle membrature è la seguente:xx-secondo la lunghezza della membraturayy-asse della sezione trasversale perpendicolare all’anima,o all’ala maggiore per sezioni angolari;zz-asse della sezione trasversale parallelo all’anima, oall’ala maggiore per sezioni in angolari.L'asse yy rappresenta normalmente l'asse maggiore della sezione, e quello zz ilminore. Per sezioni angolari non simmetriche gli assi maggiore e minore (uu e vv)sono inclinati rispetto agli assi yy e zz (fig.1.1).La convenzione utilizzata per gli indici che indicano gli assi per i momenti, è laseguente:"Si usa l'asse intorno al quale il momento agisce".Per esempio, per una sezione ad I il momento flettente agente nel piano dell’animaè definito My perché agisce attorno all'asse della sezione trasversale perpendicolareall’anima.1.4Unità di misuraSi consiglia si usare nei calcoli le seguenti unità di misura: kN, kN/m, kN/m2Forze e carichi3

Massa specificakg/m3 Peso specificokN/m3 Tensioni e resistenzeN/mm2 ( MN/m2 or MPa) Momento flettentekNmSi tenga presente che, secondo la pratica europea il simbolo “,” è utilizzato perseparare la parte intera da quella decimale di un numero.bzzbtwhw d yhyydytftzzzzvtrh yyhuyytuz vbzbFigura 1.1Dimensioni ed assi delle sezioni4

2PRINCIPI DI PROGETTAZIONE2.1Requisiti generaliUna struttura deve essere progettata e costruita per: Mantenersi integra per tutta la sua durata in servizio Sostenere i carichi prevedibili durante la costruzione, la messa in opera e ilservizio Limitare i danni dovuti ai sovraccarichi eccezionali Essere adeguatamente durevole in rapporto ai suoi costi di manutenzione.Questi requisiti possono essere rispettati se si usano materiali adatti, unaappropriata progettazione e definendo e specificando procedure per il controllodella qualità in fase di costruzione ed, all'occorrenza, un programma dimanutenzione.Le strutture devono essere progettate tenendo conto di tutti gli stati limite relativi.2.2Progettazione agli stati limiteGli stati limite sono condizioni restrittive che, qualora superate, impediscono allastruttura di rispettare le prestazioni richieste. Sono noti tre tipi di stati limite: statolimite ultimo, stato limite di servizio e stato limite di durabilità. Lo stato limiteultimo è quello che, superato, può causare in tutto o in parte il collasso dellastruttura e in tal modo pregiudicare la sicurezza delle persone. Lo stato limite diservizio è quello per il quale, se esso viene superato, non possono più essererispettati particolari requisiti di utilizzo. Lo stato limite di durabilità puòconsiderarsi come un sottoinsieme degli altri due, dipendendo, ad es., dal fatto chela corrosione può pregiudicare la resistenza della struttura o il suo aspetto. Alcuniesempi pertinenti sono di seguito illustrati.Stato limite ultimo: Resistenza (compresi snervamento, rottura, instabilità e formazione dicinematismi ) Stabilità contro svergolamenti e sbandamenti Fratture dovute a faticaStato limite di servizio: Spostamenti Vibrazioni (ad es. indotte dal vento) Danni riparabili imputabili alla fatica Scorrimento viscosoStato limite di durabilità Corrosione Stabilità metallurgica5

Stato limite ultimoPer lo stato limite ultimo, deve essere rispettata la seguente relazione:S d Rd(2.1)dove:Sdè il valore di progetto delle forze e dei momenti nella membratura onell’elemento dovuti ai carichi, incrementati secondo i coefficienti disicurezza, applicati sulla struttura (Fd, vedi Capitolo 2.3) eRdè la corrispondente resistenza di progetto indicata nella relativa appendicedi queste raccomandazioni.La resistenza di progetto Rd, è normalmente data come Rk/γM dove Rk è laresistenza caratteristica e γM è un coefficiente parziale di sicurezza. Il coefficienteparziale γM assume diversi valori. La tabella 2.1 fornisce i valori di γM da usare conquesto Manuale di Progettazione, presi dalla EN 1993-1-4. Deve essere inoltrefatto riferimento al Documento Nazionale di Applicazione (DNA) della normaEN 1993-1-4 relativo al Paese per il quale si sta progettando la struttura, poichéesso potrebbe indicare valori γM differenti che devono essere utilizzati al posto deivalori riportati nella tabella 2.1. (Se non è disponibile un DNA, allora i fattori γMdevono essere concordati con il cliente e con l’autorità competente.)Tabella 2.1Valori raccomandati per γMPer la resistenza di:SimboloValo

iii PREFAZIONE Terza edizione Questa Terza Edizione del Manuale di Progettazione è stata redatta dallo Steel Construction Institute come risultato del progetto di ricerca FRAC Progetto di valorizzazione – Progettazione strutturale in acciaio inossidabile lavorato a freddo (contratto RFS2-CT- 2005-00036).

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