ITPI20130055A1 - Struttura edilizia antisismica. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

TITOLO

STRUTTURA EDILIZIA ANTISISMICA

SETTORE TECNICO

La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico delle costruzioni edili, in particolare di quelle classificate come antisismiche, in grado cioà ̈ di resistere a movimenti tellurici di prefissata entità almeno senza collassare.

STATO DELL’ARTE

Tra le tecniche note di edificazione à ̈ annoverata quella che prevede un telaio portante a gabbia, costituito da pilastri collegati orizzontalmente da traverse, così da definire uno scheletro destinato a reggere le principali sollecitazioni statiche che graveranno sul fabbricato, quando completato.

Detto telaio portante può essere realizzato con calcestruzzo armato oppure con profilati in acciaio.

I pilastri e le traverse definiscono, nello scheletro, una pluralità di riquadri verticali aperti destinati a venire chiusi mediante pareti di tamponamento, ad esempio di laterizi, uniti stabilmente tra loro ed al telaio stesso con malta di calcestruzzo.

Da un punto di vista strutturale, quindi, le pareti di tamponamento risultano collegate con il telaio portante e pertanto interagiscono con questo, con modalità ben conosciute ai progettisti edili.

E’ noto, ad esempio, che le pareti di tamponamento non contribuiscono alla resistenza della struttura per quanto riguarda il carico verticale statico.

In presenza di eventi sismici con sollecitazioni ondulatorie, invece, le pareti di tamponamento, per loro natura più rigide del telaio portante, contribuiscono ad irrigidire quest’ultimo impedendogli di flettere per assorbire le vibrazioni ed i carichi laterali che si generano.

Conseguentemente, aumentano le probabilità di insorgenza di fessure e cedimenti nei pilastri di calcestruzzo che possono compromettere la stabilità della struttura.

L’analisi dei fenomeni sopra accennati ha portato a proporre un sistema di costruzione descritto nel documento XP-002595634 del Dicembre 2004, consultabile online, dal titolo “Analysis of masonry infilled steel frames with seismic isolator subframes†, autori Mohammad Aliaari, Ali M. Memari.

Nel sistema di cui sopra à ̈ previsto che le pareti di tamponamento siano contenute in un contro-telaio di acciaio, di forma complementare a quella di un corrispondente riquadro del telaio portante e collegato a quest’ultimo.

Il contro-telaio à ̈ costituito da due elementi verticali ed uno orizzontale superiore, ciascuno comprendente due profilati a “U†parzialmente inseriti uno nell’altro, dei quali quello interno solidale alla parete di tamponamento e quello esterno solidale al telaio portante; non à ̈ previsto un elemento orizzontale a pavimento.

All’interno dei soli elementi verticali sono previsti distanziali che collegano i profilati ad “U†e li mantengono ad una distanza prefissata; i distanziali sono predisposti a rompersi in seguito a sollecitazioni superiori ad una determinata entità, così da “liberare†il profilato esterno ed il connesso telaio portante dal legame con il profilato interno e le pareti di tamponamento e consentire al telaio portante stesso di flettere, per quanto strutturalmente concesso, per assorbire i movimenti tellurici senza danni.

L’intercapedine tra i due profilati ad “U†à ̈ riempita di idoneo materiale deformabile, ad esempio schiumato o simile, che provvede al necessario isolamento termico ed acustico senza interferire con le modalità di intervento dei distanziali.

In altre parole il distanziale, che in condizioni normali definisce la distanza tra i due profilati ad “U†, si comporta come un elemento “sacrificabile†che con la sua rottura previene danni maggiori in caso di terremoto, analogamente alla funzione che in campo elettrico à ̈ affidata ai fusibili.

Ovviamente una siffatta soluzione tecnica presenta il limite dato dal fatto che la rottura del distanziale può verificarsi una sola volta, per cui a seguito di un evento sismico che ha provocato tale rottura à ̈ necessaria una costosa manutenzione di ripristino.

Nel documento si accenna anche alla possibile presenza di elementi flessibili, oltre ai distanziali, senza però che ne venga dettagliata né la conformazione né le modalità di intervento.

SINTESI DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ perciò quello di proporre una struttura edilizia antisismica del tipo in cui à ̈ previsto un telaio portante a gabbia, costituito da pilastri collegati orizzontalmente da traverse, e pareti di tamponamento atte a chiudere i riquadri definiti all’interno di detti pilastri e traverse, dotato di originali soluzioni costruttive atte a superare gli inconvenienti della tecnica nota, sia essa quella più tradizionale che quella deducibile dal documento menzionato in premessa.

Un altro scopo dell’invenzione consiste nell’ottenere una struttura antisismica nella quale il telaio portante e le pareti di tamponamento siano connessi in modo da permettere al primo di flettere, in caso di sisma, senza che le seconde ne ostacolino i movimenti e, al tempo stesso, preservare sia i mezzi di collegamento che l’integrità delle pareti stesse, così da limitare i danni permanenti ed i relativi lavori di ripristino.

Ancora uno scopo dell’invenzione riguarda la volontà di offrire una struttura di semplice realizzazione in cantiere, con l’impiego di elementi costruiti industrialmente, quindi di caratteristiche certe e costanti, di facile e rapido montaggio.

Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di permettere la costruzione preventiva delle intere pareti di tamponamento al di fuori del cantiere e di posarle in opera come un prefabbricato.

Ancora un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di ottenere una struttura antisismica che a fronte di elevate peculiarità risulti allineata in termini di costo ad altre di tipo similare. Questi ed altri scopi sono pienamente raggiunti mediante una struttura edilizia antisismica, del tipo in cui à ̈ previsto un telaio portante a gabbia, costituito da pilastri collegati orizzontalmente da traverse, e pareti di tamponamento atte a chiudere i riquadri definiti all’interno di detti pilastri e traverse, nella suddetta struttura antisismica essendo previsti:

ï€ mezzi di contenimento, atti a conferire stabile contorno perimetrale a ciascuna di dette pareti di tamponamento, complementare a quello di un corrispondente citato riquadro e ridotto rispetto a questo di una prefissata quota, così da definire una luce perimetrale tra la stessa parete ed il rispettivo riquadro;

ï€ organi di collegamento ad azione multipla, interposti tra ciascuna parete di tamponamento ed il relativo riquadro, alloggiati in detta luce perimetrale, vincolati da un lato a detti pilastri e traverse e dall’altro ai citati mezzi di contenimento della parete stessa, con i medesimi organi di collegamento dotati di mezzi elastici atti a consentire escursioni elastiche tra detti telaio portante e pareti di tamponamento, sino ad una prefissata soglia di sollecitazioni indotte da eventi sismici, nonché provvisti di mezzi di bloccaggio a trattenimento controllato, atti a consentire spostamenti permanenti tra i medesimi telaio portante e pareti di tamponamento, in presenza di sollecitazioni superiori a detta soglia;

ï€ mezzi di sigillatura deformabili, disposti a chiudere ciascuna luce perimetrale ed atti ad assecondare eventuali citate escursioni elastiche nonché spostamenti permanenti della rispettiva parete di tamponamento rispetto al citato telaio portante, senza modificare i parametri di lavoro dei relativi organi di collegamento. BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di una preferita forma di realizzazione della struttura edilizia antisismica in oggetto, in accordo con quanto riportato nelle rivendicazioni e con l’ausilio delle allegate tavole di disegno, nelle quali:

ï€ la Fig. 1 illustra, in vista frontale schematica, una porzione della struttura antisismica in oggetto;

ï€ la Fig.2 illustra, in scala ingrandita, il dettaglio K della Fig.1, per evidenziare un organo di collegamento della struttura;

ï€ la Fig.3 illustra una vista in sezione secondo il piano III-III di Fig.2;

ï€ la Fig.4 illustra una vista in sezione secondo il piano IV-IV di Fig.1;

ï€ la Fig. 5 illustra, in scala ingrandita, una sezione secondo il piano V-V di Fig.1;

ï€ la Fig. 6 illustra, in vista frontale schematica, una porzione di una parete di tamponamento associata alla struttura.

DESCRIZIONE DELLE FORME REALIZZATIVE PREFERITE

Nelle sopraelencate figure à ̈ stata indicata col riferimento 1 la struttura edilizia antisismica oggetto dell’invenzione, nel suo insieme.

La struttura 1, in modo di per sé noto, à ̈ del tipo in cui à ̈ previsto un telaio portante a gabbia 2, costituito da pilastri 20 collegati orizzontalmente da traverse 21, e pareti di tamponamento 3 atte a chiudere i riquadri 22 definiti all’interno di detti pilastri 20 e traverse 21.

Il telaio portante a gabbia 2 può essere realizzato secondo tecniche convenzionali, ad esempio in calcestruzzo armato oppure con profilati in acciaio, quali travi tipo IPE o HE.

Nelle figure allegate à ̈ illustrata una possibile, e preferita, alternativa alle citate tecniche convenzionali, che prevede il telaio portante 2 realizzato con un innovativo metodo costruttivo secondo il quale ogni pilastro 20 à ̈ costituito da calcestruzzo armato, contenuto su almeno due lati da un cassero metallico verticale 200 che resta incorporato nel pilastro 20 medesimo dopo la gettata.

Il cassero metallico verticale 200 si interrompe ove il pilastro 20 incrocia la relativa traversa 21, anch’essa realizzata con il metodo anzidetto e dotata, perciò, di un cassero metallico orizzontale 210 incorporato nella gettata di calcestruzzo ed opportunamente interrotto nella zona di incrocio con i pilastri 20 (Fig.1).

Al cassero metallico verticale 200 vengono fissate staffe 201 atte a sostenere il cassero metallico orizzontale 210 prima della gettata del calcestruzzo che salda il pilastro 20 alla traversa 21 (Fig.1).

Secondo una privilegiata soluzione costruttiva, l’armatura dei pilastri 20 non à ̈ collegata a quella delle traverse 21.

La realizzazione del telaio portante 2 come appena descritto si rivela particolarmente vantaggioso nel contesto dell’invenzione, sia per quanto riguarda l’aspetto del comportamento e della resistenza del telaio 2 stesso a fronte di scosse sismiche, combinando i vantaggi delle realizzazioni in calcestruzzo armato con quelli degli scheletri interamente metallici, sia per quanto riguarda l’abbinamento con altri elementi della struttura 1, come risulterà evidente nel seguito.

La struttura 1 comprende mezzi di contenimento 4, atti a conferire stabile contorno perimetrale a ciascuna di dette pareti di tamponamento 3, così che detto contorno risulti complementare a quello di un corrispondente citato riquadro 22 e ridotto rispetto a questo di una prefissata quota, in modo da definire una luce perimetrale L tra la stessa parete 3 ed il rispettivo riquadro 22.

I citati mezzi di contenimento 4 sono costituiti, ad esempio, da una cornice in profilato metallico avente sezione a “C†(Figg.1 e 5).

Le pareti di tamponamento 3 possono essere realizzate in diversi modi, senza che ciò risulti influente sulle peculiarità del trovato qui descritto.

Nell’esempio di cui alla Fig. 6, la parete 3 à ̈ definita da una pluralità di blocchi prefabbricati 30, preferibilmente provvisti di un’armatura tubolare interna 31, disposti in file orizzontali sovrapposte.

I blocchi 30 risultano interconnessi mediante mezzi di collegamento verticali 32 ed orizzontali 33, impegnati con le rispettive armature 31 ed atti a mantenere coesa ognuna delle suddette file con quelle sovrastanti e sottostanti, a fronte di sollecitazioni di prefissata entità sia parallele che perpendicolari rispetto al piano di giacitura della parete 3 stessa.

Detti mezzi di collegamento verticali 32 ed orizzontali 33 sono costituiti, ad esempio, da barre in tondino metallico da edilizia.

Secondo una preferita forma di realizzazione, almeno uno di detti mezzi di collegamento verticali 32 e/o orizzontali 33 si estende per l’intero corrispondente sviluppo della parete 3 e risulta solidale ai citati mezzi di contenimento 4, in modo da irrobustire l’insieme.

Alla base dei pilastri 20 che delimitano ciascuno dei riquadri 22, sono fissati supporti distanziatori 202 atti a sostenere in appoggio i detti mezzi di contenimento 4 della relativa parete di tamponamento 3, così da mantenere sollevata la stessa, rispetto al piano, di una quota pari alla citata luce perimetrale L.

Tra ciascuna parete di tamponamento 3 ed il relativo riquadro 22 sono previsti organi di collegamento ad azione multipla 5, alloggiati in detta luce perimetrale L, vincolati da un lato a detti pilastri 20 e traverse 21 e dall’altro ai citati mezzi di contenimento 4 della parete 3 stessa.

Nell’esempio di Fig. 1, non limitativo, sono previsti due organi di collegamento ad azione multipla 5 per ogni lato della parete di tamponamento 3.

I suddetti organi di collegamento ad azione multipla 5 sono dotati di mezzi elastici 50 atti a consentire escursioni elastiche tra il telaio portante 2 e le pareti di tamponamento 3, sino ad una prefissata soglia di sollecitazioni indotte da eventi sismici, nonché provvisti di mezzi di bloccaggio a trattenimento controllato 51, atti a consentire spostamenti permanenti tra i medesimi telaio portante 2 e pareti di tamponamento 3, in presenza di sollecitazioni superiori a detta soglia.

I citati mezzi elastici 50 sono costituiti, ad esempio, da una lama di acciaio armonico, sagomata in guisa di balestra, connessa al suddetto telaio portante 2 mediante un vincolo 52, definito da un bullone disposto al centro della lama 50 stessa e fissato al relativo cassero metallico, verticale 200 od orizzontale 210 (Figg.2 e 3).

Alle estremità della lama elastica 50 sono associati simmetricamente due morsetti definenti i citati mezzi di bloccaggio a trattenimento controllato 51.

Ciascuno di detti morsetti 51 à ̈ costituito da due piastre di serraggio 510, 511, estese verso il centro della lama elastica 50 e mutuamente collegate, con possibilità di avvicinamento e allontanamento, da almeno un bullone 512 che impegna, altresì, la rispettiva estremità della stessa lama 50 (Figg.2 e 4).

I morsetti 51 sono atti a serrare, per attrito, rispettivi listelli orizzontali 41 previsti nei citati mezzi di contenimento 4 di una corrispondente parete di tamponamento 3.

Nei descritti organi di collegamento ad azione multipla 5, la lama elastica 50 Ã ̈ atta a consentire le citate escursioni elastiche tra il telaio portante 2 e la relativa parete di tamponamento 3, mentre i morsetti 51 permettono detti spostamenti permanenti conseguenti a strisciamenti tra essi ed i corrispondenti listelli 41.

È opportuno precisare che detti spostamenti permanenti possono avvenire con strisciamenti in linea retta, secondo qualunque direzione sul piano dei listelli 41, oppure con strisciamenti di rotazione secondo l’asse del bullone 52 al centro della lama 50.

Ovviamente, le escursioni elastiche e gli spostamenti permanenti possono avvenire in combinazione tra loro nonché con eventuali rotazioni permanenti tra detti telaio 2 e parete 3 intervenute secondo l’asse del suddetto vincolo 52 al centro della lama 50.

Ciascuna luce perimetrale L à ̈ chiusa da mezzi di sigillatura deformabili 6, illustrati schematicamente nella Fig. 5, atti ad assecondare le suddette escursioni elastiche nonché gli spostamenti permanenti e/o le rotazioni delle pareti di tamponamento 3 rispetto al telaio portante 2, senza modificare i parametri di lavoro degli organi di collegamento ad azione multipla 5.

Detti mezzi di sigillatura deformabili 6, che svolgono anche funzioni di isolamento termico e acustico, sono costituiti, ad esempio da materiale schiumato, eventualmente misto a frammenti o piccole scaglie di laterizi (quelli comunemente denominati “schiacciole†), comunque avente resistenza meccanica molto bassa.

Se necessario à ̈ prevista, inoltre, l’applicazione di un sottile listello coprifilo in materiale plastico, non illustrato, che permette di ottenere una superficie liscia sulla quale intonacare.

Dalla descrizione di cui sopra si evincono con chiarezza le positive caratteristiche della struttura edilizia antisismica oggetto della presente invenzione, che utilizza come base la nota tecnica del telaio portante a gabbia e delle pareti di tamponamento, dotato però di originali soluzioni costruttive, in particolare gli organi di collegamento ad azione multipla, che conferiscono prestazioni molto superiori a quelle ottenibili con la tecnica nota, sia essa quella più tradizionale che anche quella deducibile dal documento menzionato in premessa.

Quanto appena detto à ̈ possibile grazie al fatto che il telaio portante e le pareti di tamponamento sono connessi in modo da permettere al primo di flettere, in caso di sisma, senza che le seconde ne ostacolino i movimenti e, al tempo stesso, vengano preservati sia i mezzi di collegamento che l’integrità delle pareti stesse, così da limitare i danni permanenti ed i relativi lavori di ripristino.

Un altro aspetto vantaggioso del trovato riguarda la fase di costruzione della struttura, che limita la realizzazione di manufatti in opera privilegiando la posa di elementi costruiti industrialmente, ad esempio i citati organi di collegamento ad azione multipla, i casseri metallici dei pilastri e delle traverse, le staffe, aventi quindi caratteristiche certe e costanti e risultando perciò di facile e rapido montaggio.

Tale metodologia può spingersi a prevedere la costruzione preventiva delle intere pareti di tamponamento al di fuori del cantiere e di posarle in opera come prefabbricati.

È importante sottolineare come i vantaggi enunciati siano ottenuti con costi di edificazione allineati a quelli della tecnica nota.

Si intende comunque che quanto sopra descritto ha valore esemplificativo e non limitativo, pertanto eventuali varianti di dettaglio che si rendessero necessarie per ragioni tecniche e/o funzionali, si considerano sin da ora rientranti nel medesimo ambito protettivo definito dalle sottoriportate rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura edilizia antisismica, del tipo in cui à ̈ previsto un telaio portante a gabbia (2), costituito da pilastri (20) collegati orizzontalmente da traverse (21), e pareti di tamponamento (3) atte a chiudere i riquadri (22) definiti all’interno di detti pilastri (20) e traverse (21), con la suddetta struttura antisismica (1) caratterizzata dal fatto di prevedere: ï€ mezzi di contenimento (4), atti a conferire stabile contorno perimetrale a ciascuna di dette pareti di tamponamento (3), complementare a quello di un corrispondente citato riquadro (22) e ridotto rispetto a questo di una prefissata quota, così da definire una luce perimetrale (L) tra la stessa parete (3) ed il rispettivo riquadro (22); ï€ organi di collegamento ad azione multipla (5), interposti tra ciascuna parete di tamponamento (3) ed il relativo riquadro (22), alloggiati in detta luce perimetrale (L), vincolati da un lato a detti pilastri (20) e traverse (21) e dall’altro ai citati mezzi di contenimento (4) della parete (3) stessa, con i medesimi organi di collegamento (5) dotati di mezzi elastici (50) atti a consentire escursioni elastiche tra detti telaio portante (2) e pareti di tamponamento (3), sino ad una prefissata soglia di sollecitazioni indotte da eventi sismici, nonché provvisti di mezzi di bloccaggio a trattenimento controllato (51), atti a consentire spostamenti permanenti tra i medesimi telaio portante (2) e pareti di tamponamento (3), in presenza di sollecitazioni superiori a detta soglia; ï€ mezzi di sigillatura deformabili (6), disposti a chiudere ciascuna luce perimetrale (L) ed atti ad assecondare eventuali citate escursioni elastiche nonché spostamenti permanenti della rispettiva parete di tamponamento (3) rispetto al citato telaio portante (2), senza modificare i parametri di lavoro dei relativi organi di collegamento ad azione multipla (5).
2. 2. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i citati organi di collegamento ad azione multipla (5) comprendono: una lama di acciaio armonico, sagomata in guisa di balestra (50), definente i citati mezzi elastici e connessa al suddetto telaio portante (2) mediante un vincolo (52) disposto al centro della lama elastica (50) stessa; due morsetti (51), associati simmetricamente alle estremità di detta lama elastica (50), definenti i citati mezzi di bloccaggio a trattenimento controllato ed atti a serrare, per attrito, rispettivi listelli orizzontali (41) previsti nei citati mezzi di contenimento (4) di una corrispondente parete di tamponamento (3), con la suddetta lama elastica (50) atta a consentire le citate escursioni elastiche in eventuale combinazione con detti spostamenti permanenti, questi ultimi conseguenti a strisciamenti tra i citati morsetti (51) ed i corrispondenti listelli (41), nonché in ulteriore eventuale combinazione con rotazioni permanenti tra detti telaio (2) e parete (3) intervenute secondo l’asse del suddetto vincolo (52) al centro della lama (50) medesima.
3. 3. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che i citati morsetti (51) sono costituiti, ciascuno, da due piastre di serraggio (510, 511), estese verso il centro della lama elastica (50) e collegate con possibilità di mutuo avvicinamento e allontanamento da almeno un organo a vite (512), quest’ultimo altresì collegato con la rispettiva estremità della citata lama elastica (50).
4. 4. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che i citati mezzi di contenimento (4) sono costituiti da una cornice in profilato metallico avente sezione a “C†.
5. 5. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che alla base dei citati pilastri (20) che delimitano ciascuno dei riquadri (22), sono fissati supporti distanziatori (202) atti a sostenere in appoggio i detti mezzi di contenimento (4) della relativa parete di tamponamento (3), al fine di mantenere sollevata la stessa, rispetto al piano, di una quota pari alla citata luce perimetrale (L).
6. 6. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 1, nella quale le dette pareti di tamponamento (3) sono definite da una pluralità di blocchi (30), disposti in file orizzontali sovrapposte, caratterizzata dal fatto che sono previsti mezzi di collegamento verticali (32) ed orizzontali (33), atti a mantenere coesa ognuna delle suddette pareti di tamponamento (3) a fronte di sollecitazioni di prefissata entità sia parallele che perpendicolari rispetto al piano di giacitura della parete (3) stessa.
7. 7. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che in detti mezzi di collegamento verticali (32) e orizzontali (33) almeno uno risulta solidale ai citati mezzi di contenimento (4) della parete di tamponamento (3).
8. 8. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 1, nella quale i citati pilastri (20) e traverse (21) di detto telaio portante (2) sono realizzati mediante gettate di calcestruzzo armato che incorpora rispettivi casseri metallici verticali (200) ed orizzontali (210), con questi ultimi atti a delimitare almeno due pareti laterali degli stessi pilastri (20) e traverse (21) ed interrotti nelle zone di incrocio dei medesimi, caratterizzata dal fatto di prevedere staffe (201), fissate a ciascuno di detti casseri metallici verticali (200) ed atte a sostenere in solo appoggio i corrispondenti casseri metallici orizzontali (210) prima delle gettate di calcestruzzo destinate a unire detti pilastri (20) alle traverse (21).
9. 9. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di sigillatura deformabili (6) comprendono materiale schiumato avente bassa resistenza meccanica e / o frammenti di laterizi.
10. 10. Struttura edilizia secondo la rivendicazione 1 o 9, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di sigillatura deformabili (6) sono realizzati con materiale termoisolante e fonoassorbente.