Strutture reticolari spaziali in acciaio: tipologie, metodi di calcolo ed esempi applicativi

- 2 - STRUTTURE RETICOLARI SPAZIALI IN ACCIAIO 
2. STRUTTURE RETICOLARI SPAZIALI IN 
ACCIAIO 
 
Le strutture reticolari tridimensionali in acciaio, dette (per gli scopi qui esposti) anche 
travature reticolari spaziali in acciaio, sono costituite, in maniera semplificativa e del tutto 
schematica, da elementi strutturali base (aste o frames), opportunamente collegate da nodi 
o giunti di convergenza delle aste che nel calcolo statico sono spesso assimilate a cerniere 
perfette che consentono alle aste tutte le rotazioni possibili nello spazio. In questo modo le 
aste sono sollecitate esclusivamente a sforzo normale di compressione o di trazione mentre 
tutte le altre caratteristiche della sollecitazione (taglio, flessione, torsione) sono del tutto 
assenti. Nella realtà, dato che gli assi geometrici delle aste non convergono tutti 
perfettamente nell’unico punto rappresentato dal nodo, e lo stesso nodo non può realizzarsi 
come cerniera sferica perfetta, le altre caratteristiche della sollecitazione sono comunque 
presenti, seppur con entità trascurabile rispetto allo sforzo normale: in questo modo viene 
conseguentemente sfruttata al massimo la resistenza dell’acciaio. 
Principalmente da ciò discende il fatto che le strutture reticolari in acciaio sono utilizzate 
per i loro indiscutibili pregi: l’economicità, la leggerezza e la flessibilità dovuta alla 
enorme molteplicità delle soluzioni che ne possono scaturire e quindi la libertà costruttiva. 
Da questo punto di vista infatti questa tipologia di soluzione strutturale è adatta ad essere 
utilizzata come struttura portante “totale” oppure come “sostegno principale” di grandi 
coperture completate con altri elementi (non sono affatto rari casi di utilizzo di travature 
reticolari spaziali in acciaio in impianti moderni di notevoli dimensioni quali stadi, ponti 
ferroviari, luoghi espositivi, stazioni ferroviarie…). Complessivamente si può dire che 
l’introduzione di questa tipologia costruttiva è stata ed è fondamentale per la realizzazione 
di coperture con grandi luci, senza pilastri intermedi. 
Esempi lampanti e storici di utilizzo delle travature reticolari spaziali sono la torre 
panoramica di Gustave Eiffel a Parigi (nata come costruzione provvisoria, è oggi uno dei 
monumenti piø caratteristici al mondo), come anche il ponte sul “Firth of Forth” presso 
Queensferry, costruito piø o meno nella stessa epoca, e costituiscono anche un esempio del 
passaggio dalle strutture reticolari piane a quelle spaziali.
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Le esigenze fondamentali che devono essere rispettate e che  portano le strutture reticolari 
spaziali ad essere vantaggiose sotto tutti i punti di vista sopra esposti (economico, 
prestazionale, libertà di scelta delle soluzioni), possono riassumersi nei seguenti punti:  
• la già citata preponderanza  di trazione e compressione semplice rispetto alle altre 
caratteristiche della sollecitazione, distribuite in modo uniforme; 
• l’uniformità e il livellamento delle tensioni nei vari elementi al fine di 
standardizzare il dimensionamento delle sezioni resistenti; 
• il cedimento di un singolo elemento frame dovuto a elevati sforzi di compressione 
non deve essere tale da compromettere l’intera struttura, attraverso il propagarsi di 
una reazione a catena, a causa dell’elevato grado di iperstaticità interna; 
• esclusione delle preoccupazioni derivanti da effetti vibratori con conseguenti timori 
di innesco dei fenomeni di risonanza; 
• rapidità, facilità e agilità di montaggio con richiesta di manodopera nØ troppo 
numerosa, nØ troppo specializzata; 
• facilità di trasformazione e rinforzo della struttura e prontezza di smontaggio con 
conseguente agevole recupero di materiale. 
A tutti o gran parte di questi requisiti rispondono, qualora siano adeguatamente studiate, 
molte tipologie di strutture reticolari spaziali. Sono infatti  molteplici gli schemi che 
ispirano questa scelta progettuale, anche non recenti, ma che in passato trovavano ostacoli 
insormontabili di realizzazione pratica, dovute ad esempio ai collegamenti di tutte le aste 
diversamente orientate nello spazio nelle giunzioni costituite dai singoli nodi, quando le 
uniche connessioni note erano le chiodature; saldature e bullonature hanno permesso le 
prime realizzazioni esecutive e il superamento dei primi problemi, la successiva evoluzione 
tecnica degli elementi costitutivi e tecnologica dei calcolatori hanno permesso di affinare il 
tutto e rendere l’esecuzione pratica quanto piø vicina alla progettazione ideale teorica, già 
in parte nota.  
Le strutture reticolari spaziali, che per loro natura sono predisposte alla standardizzazione, 
hanno conosciuto un enorme diffusione conseguentemente allo sviluppo della 
prefabbricazione, che ha quindi contribuito a dare una decisiva spinta all’introduzione di 
questa scelta costruttiva, che si può far rientrare nel vasto quadro dello progresso 
scientifico e tecnologico e della modernizzazione delle forme di costruzione notato nel 
secondo dopoguerra.
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2.1 Caratteristiche morfologiche e strutturali 
 
L’ossatura spaziale in acciaio è come detto costituita da elementi resistenti (aste o frames) 
collegati tra loro attraverso giunzioni o nodi. La morfologia e il collegamento di tali 
elementi resistenti fa sì che i carichi esterni non sono assorbiti dai soli elementi resistenti 
interessati dal carico puntuale,  ma anche a tutte le altre aste, anche se ubicate a notevole 
distanza dal punto in cui agisce lo sforzo.  
Lo stato tensionale che ne consegue è molto piø uniforme rispetto a una struttura 
tradizionale non reticolare, quindi la distribuzione degli sforzi tra le varie aste è migliore; 
questo ha un’importante conseguenza infatti, grazie anche al grado di iperstaticità interna, 
un eventuale cedimento per eccessivo sforzo del singolo elemento resistente non 
compromette la stabilità e la sicurezza dell’intera struttura, ovvero il dissesto totale 
dell’opera, poichØ le membrature non interessate al cedimento locale possono dar luogo a 
una nuova situazione di equilibrio, con conseguente diverso stato tensionale complessivo 
rispetto alla situazione pre-crisi locale. 
Questi vantaggi possono essere riassunti in un unico termine, cioè “l’effetto spaziale”, 
definito come evidente capacità distributiva degli sforzi anche a notevole distanza rispetto 
all’applicazione del carico, e tale effetto è variabile in funzione della forma strutturale e 
non solo: per una stessa forma strutturale è funzione anche della geometria e dello schema.  
L’altro effetto, a cui una struttura reticolare spaziale deve tendere per avere i pieni vantaggi 
rispetto alle strutture tradizionali, è la situazione limite relativa al comportamento della 
struttura: quanto piø è evidente “l’effetto reticolare” (presenza di soli sforzi di 
compressione e di trazione negli elementi resistenti) rispetto a uno stato di sollecitazione 
piø generico che prevede anche la presenza di sforzi tangenziali, flessionali e torsionali, 
tanto piø la travatura reticolare spaziale in acciaio funziona come dovrebbe al fine di 
presentare tutti i pregi di cui gode rispetto alle strutture tradizionali. 
Quanto piø si riesce ad esaltare l’effetto spaziale e l’effetto reticolare in questo tipo di 
strutture metalliche, tanto piø la struttura progettata in questo modo sarà valida 
staticamente ed economicamente, poichØ  tali effetti fanno sì che il materiale impiegato sia 
sfruttato e distribuito nel modo migliore possibile. Può considerarsi insomma racchiusa nel 
rispetto di questi due particolari effetti l’essenza di questo genere di opere.
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Questa “essenza” è il punto in comune verso cui tendono tutte le tipologie di scelte 
esistenti al riguardo, in quanto sono esclusi tutti quegli schemi che non rispettano questi 
principi e che solo apparentemente sembrano essere compresi in questa tipologia di 
strutture. 
Punto chiave del rispetto di questi “dogmi” per le strutture reticolari spaziali sono 
evidentemente i giunti nodali, ovvero i collegamenti tra i vari frames o elementi resistenti, 
oggetto dello sviluppo e della ricerca di Ditte specializzate in questo ambito per ottenere 
sempre piø efficienza di tale tecnologia costruttiva dal punto di vista sia tecnico che 
economico: è dalle caratteristiche di tali giunti nodali e connessioni che dipende risultato 
funzionale, statico ed economico della costruzione.
- 6 - CLASSIFICAZIONE  DELLE TIPOLOGIE  DI STRUTTURE  RETICOLARI  SPAZIALI 
3. CLASSIFICAZIONE  DELLE TIPOLOGIE  DI 
STRUTTURE  RETICOLARI  SPAZIALI 
 
Si possono suddividere le strutture reticolari spaziali in queste tipologie: 
• Grigliati piani 
• Grigliati a semplice curvatura 
• Grigliati a doppia curvatura (cupole reticolari) 
 
3.1 I grigliati piani 
A questa tipologia di travatura reticolare appartiene l’esempio di calcolo (statico, con 
verifiche di sicurezza e stabilità) riportato in questa tesi, quindi verrà trattata con maggiore 
risalto rispetto alle altre due. I grigliati piani sono utilizzati  per la copertura di vasti 
ambienti a pianta quadrata, rettangolare e talvolta anche poligonale senza l’ingombro di 
pilastri interni, e possono essere impiegati a tale scopo grigliati piani in acciaio a semplice 
o doppio strato. Nell’esempio di calcolo esposto in questa tesi verrà trattato un grigliato 
piano in acciaio a doppio strato per la copertura di un’area di 30 x 15 metri. Sia che siano a 
semplice o a doppio strato, i grigliati piani sono generati come diretta derivazione di 
corrispondenti sistemi piani in cui sono presenti almeno due orditure di travi a parete piena 
o reticolari, in cui il carico è applicato all’ultima orditura presente, mentre in questi sistemi 
reticolari piani non vi è alcuna priorità statica tra le varie orditure, con conseguente 
comportamento spaziale migliore. Nel seguito si specificano le principali differenze tra 
grigliati piani a semplice e doppio strato. 
Il grigliato piano a semplice strato non è altro che un sistema spaziale costituito da due o 
piø ordini di travi semplici o composte che si intersecano ad angolo retto o obliquo, 
collegate tra loro ad ogni intersezione e caricate da forze normali al piano medio, quindi le 
caratteristiche della sollecitazione presenti in questo caso non sono quelle peculiari e 
caratteristiche delle travature reticolari spaziali: infatti nelle membrature sono prevalenti le 
azioni tangenziali e i momenti flettenti e torcenti. Sotto il punto di vista della realizzazione 
il reticolo diagonale risulta molto piø conveniente staticamente ma esecutivamente piø
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oneroso rispetto a quello ortogonale, perchØ realizza una migliore rigidezza flessionale e 
una migliore distribuzione del carico.  
 
          
                          Figura 3.1                                                                    Figura 3.2 
Un ulteriore irrigidimento può ottenersi in seguito all’utilizzo di un piø fitto reticolo 
triangolare, con travi disposte lungo tre o piø direzioni.  
 
       
                      Figura 3.3                                                                        Figura 3.4 
Queste strutture sono fortemente iperstatiche e lo sono tanto piø quanto è il numero delle 
maglie presenti, mentre è stato già accennato che le sollecitazioni principali sono momenti 
flettenti e torcenti, uniti agli sforzi di taglio, dunque pur essendoci un discreto effetto 
spaziale, l’effetto reticolare è del tutto assente e per questo non possiamo considerare i 
grigliati piani a semplice strato come vere e proprie strutture reticolari spaziali, ma devono 
essere comunque considerati nei graticci in acciaio. Si utilizzano profilati metallici con 
sezioni standard (profilati a “I” piø convenienti o a “C”) ed attacchi prevalentemente 
saldati. Le luci massime consentite dal loro impiego arrivano ai 20 - 30 m.