Ottimizzazione economica di strutture in legno platform-frame tramite modellazione numerica

Molto spesso i nostri clienti ci chiedono di procedere all’ottimizzazione di sistemi costruttivi in legno platform-frame; specie se di dimensioni importanti.

Nel campo delle strutture in legno platform-frame, date le dimensioni di base del modulo e dei pannelli di controventamento, l’ottimizzazione si spingere necessariamente sui sistemi di connessione.

Il primo passo è quello di analizzare il singolo modulo per ottenere informazioni sulla deformabilità e resistenza dello stesso al variare del sistema di connessione.

 

Descrizione di un modulo “tipo” analizzato

Si riportano di seguito i risultati relativi ad un telaio “tipo” di dimensioni 2800x1250mm realizzato con profili 80x200mm in bilama C24.

Su ambo i lati sono applicati fogli di OSB3 di 10mm di spessore (sono state fatte analisi con spessori diversi e usando singolo pannelli che non si riportano nel presente).

La connessione foglio/telaio è stata ipotizzata impiegando i seguenti connettori:

  • graffe G 1,6x32mm;
  • chiodi Ring a stecca P34° 2,8x64mm;
  • chiodi Anker a stecca P34° 4x40mm ;
  • viti HZB 4x40mm.

Modellazione FEM telaio in legno platform-frame

Si impiegano elementi frame per modellare le aste del telaio mentre per i fogli, elementi shell.

Le connessioni sono state modellate con elementi link di tipo elastico lineare aventi rigidezza pari a quella calcolabile con le formule di cui al punto 7.1 dell’UNI EN 1995-1-1.

Il modulo è vincolato a terra alle due estermità inferiori con un carrello e una cerniera.

E’ stata applicata una forza pari a 10 kN nel vertice in alto per poter procedere con la verifica degli spostamenti.

Il comportamento dei materiali è stato assunto di tipo elastico lineare.

modellazione fem parete a telaio in legno

Risultati e analisi numeriche di confronto

Sono state eseguite analisi numeriche per valutare lo spostamento massimo della parete a telaio in legno al variare sia della tipologia di connessione che dell’interasse della stessa.

Al risultato numerico si è voluto affiancare il risultato analitico che si ottiene impiegando la seguente formulazione*:

cattura4In questa formula lo spostamento del punto di controllo è dato dalla somma del contributo deformativo a taglio del pannello controventante, del sistema di connessione pannello/talaio, dallo scorrimento delle squadrette a taglio, dallo scorrimento degli hold-down ed infine dalla deformazione a compressione del telaio.

In questo caso sono stati presi in considerazione solo i primi due contributi.

Si riportano di suguito i risultati ottenuti.

spostamenti struttura a telaio in legno

In seguito calcoliamo la resistenza meccanica associata ai diversi tipi di connessione impiegando la formulazione analitica del Metodo A di cui al punto 9.2.4.2 dell’UNI EN 1995-1-1.

resistenza parete a telaio in legno

E’ stata fatta infine un’analisi di costo dei singoli connettori impiegando il listino prezzi di un noto fornitore di ferramenta.

costo sistemi connessione parete a telaio in legno

Sulla base di questi risultati è possibile decidere con la committenza il sistema di connessione più vantaggioso dal punto di vista sia prestazionale che economico.

 

La scelta del sistema di connessione deve essere fatta sul caso specifico perchè è influenzata dalle tensioni agenti sulle pareti, dalla geometria delle stesse e dalle deformazioni di interpiano che si vogliono garantire (considerando che dovranno essere aggiunti i contributi deformativi dei sistemi di connesione a terra).

Definito il sistema di connessione si passa ad ottenere la rigidezza equivalente del singolo modulo di parete per poter modellarlo tramite link.

Ridotto l’onere computazionale per la modellazione della parete si può procedere alla modellazione e ottimizzazione delle connessioni modulo-modulo.

 

Structural behavior of timber framed buildings, Tiziano Sartori, 2012

 

Incarico: Ottimizzazione economica di strutture in legno platform-frame tramite modellazione numerica

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