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Grandi coperture, strutture reticolari spaziali; progetto della copertura di un impianto sportivo con struttura leggera a ''fogli'' triangolari

Informazioni tesi

  Autore: Alessio Zanoli
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2006-07
  Università: Università degli Studi di Bologna
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria edile/architettura
  Relatore: Pier Paolo Diotallevi
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 168

Il tema sviluppato con la presente tesi di laurea, ha riguardato la progettazione di una grande copertura per un impianto sportivo, nello specifico di una piscina ipoteticamente posta in Bologna. Uno dei motivi di interesse era legato a una necessità imposta dalla tipologia di intervento che si andava a studiare, si dovevano coprire luci dell’ordine di 50x70 metri senza potersi affidare ad appoggi intermedi, a tal fine ci si è orientati sulle stutture reticolari spaziali in acciaio. Il campo delle reticolari spaziali è stato già ampiamente studiato, vengono correntemente utilizzate per coprire palazzetti dello sport, hangar al servizio degli aeroporti e cupole, presentano, infatti, il grandi vantaggio di poter coprire luci che vanno da 100 metri per le conformazioni piane a doppio strato, fino a 200 metri per le volte e 400 metri per le cupole. Esistono, tuttavia, particolari tipi di strutture, riconducibili alle reticolari spaziali, che, per motivi di varia natura non hanno avuto una diffusione estesa come le reticolari spaziali classiche, si tratta delle "folded plates structures". Si tratta di strutture complesse che fanno riferimento a un concetto di base molto semplice ed intuitivo: la rigidezza di una struttura deriva dalla sua forma. Se si sottopone una copertura di questo tipo ad azioni esterne, si riscontrerà una diffusione degli sforzi lungo le linee di piegatura, proprio come avviene per le aste delle reticolari spaziali. Questo tipo di coperture è stato studiato per la prima volta negli anni Sessanta del Novecento, per lo più per essere realizzato in calcestruzzo armato, il ché ha portato una serie di svantaggi che ne hanno pregiudicato la diffusione. Lo studio approfondito delle reticolari spaziali e dei sistemi di realizzazione proposti dal mercato attualmente, ha portato a focalizzare l’interesse sulle "folded plates structures" come soluzione dalle grandi potenzialità da affiancare alla reticolari spaziali tradizionali. Lo sviluppo dei software di calcolo agli elementi finiti, unitamente all’evoluzione delle tecniche costruttive e all’utilizzo dell’acciaio strutturale, potrebbero portare nuova luce a questa tecnologia caduta in disuso. Ai fini del progetto si è quindi deciso di studiare una grande copertura del tipo "folded plates structures" realizzata con fogli triangolari in acciaio connessi con chiodi ad alta resistenza sugli spigoli di piegatura, senza la necessità di avare un’ossatura portante in quanto la stabilità globale viene garantita dalle azioni mutue tra i vari elementi triangolari. I risultati ottenuti sono senza dubbio interessanti, permettono, infatti, di riabiltare le strutture di tipo "folded plates" che posseggono enormi potenzialità applicative anche a livello di concezione architettonica. Dal punto di vista strettamente applicativo la tesi di laurea oggetto della trattazione mette in evidenza una serie di vantaggi operativi sicuramente degni di nota: possibilità di standardizzare gli elementi costruttivi; rapidità di esecuzione in relazione a quanto indicato nel primo punto; possibilità di ricorrere a manodopera non specializzata come conseguenza dei punti precedenti; riduzione dei costi come conseguenza dei punti precedenti; Intercambiabilità anche di un solo elemento standardizzato.
Una dalle parti più impegnative della trattazione è costituita dalla parte di studio dell’instabilità globale della copertura; la mancanza di letteratura che trattasse il tema dell’instabilità per stutture geometricamente complesse come quella in questione, ha significato procedimenti iterativi con vari strumenti e metodi, che, una volta ultimati, hanno permesso di trarre conclusioni importanti sull’applicabilità dei metodi stessi.

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Capitolo 1 – Strutture reticolari spaziali 1 Capitolo 1 STRUTTURE RETICOLARI SPAZIALI, LO STATO DELL’ARTE 1.1. Caratteristiche generali Si definisce struttura reticolare spaziale un’ossatura tridimensionale in acciaio costituita di elementi resistenti variamente collegati tra loro, disposti in maniera che i carichi esterni vengano assorbiti non solo dalle membrature ad essi più direttamente interessate, ma anche da tutte le altre, anche se ubicate a notevole distanza da esse. Lo stato tensionale di tali strutture è più uniforme rispetto a quello che si realizza in una struttura tradizionale e la distribuzione degli sforzi tra le varie aste è migliore. Se avviene un cedimento di un elemento, questo non necessariamente determina il dissesto totale dell’opera, in quanto può formarsi un nuovo stato di equilibrio legato alle membrature non interessate. Si introduce a questo punto il concetto di effetto spaziale, che si verifica quando la struttura gode in maniera rilevante della capacità distributiva degli sforzi, tale effetto dipende dalla forma strutturale e dalla geometria dello schema. Un altro concetto strettamente concernente questa trattazione è quello di effetto reticolare, al quale si assiste quando la struttura, in presenza di distribuzione costante delle tensioni, si trovi in una situazione intermedia rispetto a due situazioni limite per cui i carichi inducano solo sforzi flessionali, taglianti e torcenti, e un’altra per cui si abbiano soltanto sollecitazioni di trazione e compressione. L’effetto spaziale, congiuntamente all’effetto reticolare, rappresentano le caratteristiche principali di una struttura reticolare spaziale e ne riflettono lo sfruttamento e la distribuzione ottimale, producendo vantaggi economici oltre che statici. Alla luce di questi vantaggi si possono aggiungerne altri legati alla prefabbricazione degli elementi, alla facilità di montaggio e alla possibilità di intercambiare anche solo un singolo elemento. 1.1.1. Grigliati piani Alla base dell’utilizzo di grigliati piani a semplice o doppio strato è il concetto per il quale si possono ricoprire vasti

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