SCALE
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Gli elementi scala prodotti permettono di realizzare la "scala Giliberti" . Tale tipologia è apprezzata per la regolarità che conferisce alla struttura (non alterando il baricentro delle rigidezze). L'uso di tale tipologia porta notevoli vantaggi sull'intera struttura dell'edificio.
Di seguito si riportano alcune spiegazioni ed approfondimenti tratti da articoli pubblicati in internet:
Sia le travi a ginocchio che le solette rampanti delle scale determinano i seguenti problemi agli edifici progettati sismicamente:
1) Nei nodi che si creano nei pilastri intercettati a mezz’altezza da tali strutture vengono esercitate fortissime sollecitazioni di taglio che possono creare prematura crisi nei pilastri anche per piccoli spostamenti relativi tra impalcati adiacenti. Ciò a causa della notevole rigidezza alla traslazione orizzontale che le aste inclinate sviluppano (creando archi iperstatici) rispetto ai restanti pilastri non interessati dalle strutture della scala.
2) Nel caso di vano scala situato in posizione planimetricamente non simmetrica si crea una irregolarità nelle rigidezze in pianta con incremento delle sollecitazioni complessive dovuto ai moti torsionali conseguenti.
3) La rigidezza alla traslazione orizzontale di piano delle strutture inclinate in discussione può valere anche il 30% dell’intera rigidezza alla traslazione orizzontale delle restanti strutture resistenti di piano (pilastri) nella direzione delle rampe. Questa notevole rigidezza è causata dall’attivazione della rigidezza prevalentemente estensionale delle solette inclinate o delle travi a ginocchio sostanzialmente non omogenea rispetto a quella essenzialmente flessionale dei restanti pilastri. In caso di sisma sarebbero proprio i pilastri interrotti dalle rampe i primi elementi ad essere danneggiati con il rischio di collasso parziale del vano scale che invece dovrebbe essere quello da tutelare in quanto unica via di fuga.
Fino a qualche anno fa le solette rampanti delle scale venivano spesso progettate separatamente rispetto alle strutture principali e persino nella modellazione in zona sismica la loro presenza era considerata unicamente in termini di massa senza considerarne l’influenza in termini di rigidezza (cioè non venivano introdotte come aste o solette nel modello di calcolo).
Alla luce delle NTC2008 dette rampe possono essere considerate elementi secondari solo alle seguenti condizioni (§ 7.2.3):
- il loro contributo alla rigidezza totale sotto azioni orizzontali non può superare il 15% della analoga rigidezza degli elementi principali
- devono essere in grado di assorbire sia i carichi verticali che le deformazioni della struttura soggetta all’azione sismica di progetto.
Ne consegue che detti elementi se progettati con le tecniche tradizionali (travi a ginocchio, solette rampanti poggianti su travi a metà piano) non possono essere considerati elementi secondari ma vanno modellati accuratamente con notevoli problemi di verifica dei pilastri intermedi a causa del difficile rispetto regole di gerarchia delle resistenze (taglio eccessivo nei pilastri tozzi in quanto interrotti).
Utilizzando invece la scala tipo “Giliberti” scompare la rigidezza alla traslazione delle rampe inclinate (le due rampe sono scollegate tra loro a mezzo di giunto in corrispondenza di ogni pianerottolo di riposo) e ciò comporta una più uniforme ripartizione delle forze sismiche tra i pilastri. Questa tipologia di scala è sicuramente da considerare “elemento secondario” ai sensi del § 7.2.3NTC con spostamenti relativi di piano praticamente nulli e che quindi può essere calcolata separatamente solo per carichi verticali senza neanche valutare gli sforzi conseguenti alla deformazione dell’edificio sotto sisma. Il modello di calcolo, privo delle scale, è semplice e “pulito” cioè coerente con il reale comportamento. Si evitano così errori ed inutili complicazioni nell’uso del programma di calcolo ma soprattutto si progetta meglio dal punto di vista sismico.------------------------------------------------------------
Le scale, specialmente quelle con travi a ginocchio, hanno sempre creato dei problemi al modello strutturale.
Infatti intersecando i pilastri a mezza altezza, li rendono 4 volte più rigidi rispetto al taglio, con la conseguenza di avere pilastri molto sollecitati a taglio e quindi o non verificati o con un eccesso di armatura trasversale (staffe).
Nel 1983 il Pof. Giliberti (docente di Complementi di Tecnica delle Costruzioni a Napoli) con un articolo sull'Ingegnere Italiano propose una soluzione che di fatto rendeva indipendente la scala dai pilastri.
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La scala con trave a ginocchio ha il grosso problema di rendere i pilastri tozzi, ovvero, andandosi ad innestare su di essi, ne dimezza la luce.
Tracciato il telaio della struttura, in cui è presente la scala ed assegna uno spostamento δ in sommità. Il taglio in assenza di scala vale:
T = 12 EI δ / h³
M = 6 EI δ / h²
Se però si va ad innestare la trave a ginocchio sui pilastri si ottiene:
T' = 12 EI (δ/2) / (h/2)³
M' = 6 EI (δ/2) / (h/2)²
Quindi si ha che T' = 4 T.
Il fatto che il taglio cresca di 4 volte può comportare una rottura per taglio dell'elemento tozzo, quindi una rottura di tipo fragile.
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Nel caso di scala alla Giliberti, dal nome dell'autore, isoli parzialmente la scala dalla struttura creando una sorta di cavalletto su pilastrini (modellati come pendoli) su cui poggiare la scala. In questo modo non si va ad innestare sui pilastri, rendendoli tozzi, e la scala non viene nemmeno coinvolta dalla deformata flessionale.
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