Soluzioni strutturali per edifici di grande luce e forma complessa le configurazioni ad onda - Padiglione UAE Expo Shanghai 2010

Nell’analisi delle strutture non convenzionali (free-form) di grande luce siamo riusciti ad individuare le forme partendo dai primitivi geometrici quali il punto, la linea per poi poter aprire ad una più ampia visione della geometria e alla creazione di forme estremamente complesse; inoltre abbiamo individuato i più importanti metodi di discretizzazioni delle superfici che risultano essere:
- Quad Planar Mesh;
- Single Curved Panles;
- Ruled Surface;
tali discretizzazioni hanno permesso di studiare le forme più complesse e di arrivare ad una identificazione degli schemi strutturali possibili per tali configurazioni, raggruppabili in due categorie che risultano essere:
- Strutture ad Elementi Gerarchici;
- Strutture GridShell;
abbiamo trovato riscontri positivi di tali schemi nelle costruzioni di forma complessa, in particolare con configurazione ad onda, analizzate nel corso di questo studio; infatti annoveriamo nella prima categoria le strutture:
- Astana Arena;
- Copertura Terminal 2 del Pudong Internetional Airport;
- Zentrum Paul Klee Museum;
- Chiesa di San Pio a Roma;
includiamo invece nella seconda categoria le strutture:
- Rolex Learning Center;
- Pompidou Metz;
- Padiglione UAE;
Al fine di comprendere meglio le problematiche strutturali che comporta la progettazione di forme complesse, è stata eseguita un’analisi dettagliata del Padiglione degli Emirati Arabi Uniti (UAE) all’Expo di Shanghai 2010.
La modellazione di tale struttura effettuata tramite il software di calcolo SAP 2000 ha messo in luce che nella progettazione di una struttura così complessa e difficile da approcciare non risulta utile ricorrere a degli schemi semplificativi poiché il percorso seguito dai carichi non è facilmente prevedibile. Al contrario, risulta fondamentale l’utilizzo di software di calcolo che aiutino nella comprensione del funzionamento strutturale e delle eventuali problematiche che ne derivano. Inoltre per geometrie cosi complesse si deve ricorrere all’utilizzo di software di grafica computerizzata per ottenere le forme volute, per discretizzarle, ed infine per implementare un modello di calcolo, che rispecchi nei minimi particolari la geometria.
L’analisi del comportamento della struttura sotto l’azione dei carichi gravitazionali è servita a comprendere le parti più sollecitate della struttura e ad intuire il percorso dei carichi; importante e fondamentale è stato lo studio delle azioni orizzontali, il quale ha messo in risalto come per una struttura di grande luce, gli effetti del sisma sono trascurabili rispetto alle azioni derivanti dal vento. Per le azioni del vento non si sono potute utilizzare l’abituale processo descritto dalla normativa, poiché la geometria complessa dell’edificio studiato non può essere ricondotta a forme regolari, e quindi ad una schematizzazione delle azioni; per tale motivo è risultato necessario eseguire un’analisi fluidodinamica applicata con il codice di calcolo Fluent. Una volta eseguite le dovute analisi è emerso chiaramente dal confronto tra azioni verticali e quelle orizzontali che, per una struttura di tale estensione superficiale e con lineamenti cosi elaborati, a governare il progetto di queste forme sono per lo più le azioni orizzontali; infatti la struttura presenta criticità nei confronti delle azioni orizzontali con tassi di lavoro molto bassi per le azioni verticali ma che si innalzano fino a valori limite quando si applicano quelle orizzontali. In conclusione, dalle analisi effettuate e dai valori riscontrati, in particolare del rendimento strutturale, si evince un ottimo comportamento globale della struttura sia per carichi verticali che per azioni orizzontali.