Progettazione di travi in acciaio a doppio T per edifici industriali: Considerazioni di progettazione, analisi strutturale e esempi di calcolo

8 Aprile 2023 / Universe Today / Commenti disabilitati su Progettazione di travi in acciaio a doppio T per edifici industriali: Considerazioni di progettazione, analisi strutturale e esempi di calcolo
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Progettazione di travi in acciaio a doppio T per edifici industriali: Considerazioni di progettazione, analisi strutturale e esempi di calcolo

    Le travi in acciaio a doppio T sono ampiamente utilizzate nell’industria delle costruzioni per la realizzazione di strutture industriali, come capannoni, magazzini e stabilimenti manifatturieri. La loro forma a doppio T offre una resistenza e una rigidezza elevate, consentendo di coprire grandi luci con soluzioni strutturali efficienti e ottimizzate. Questo articolo affronta le considerazioni di progettazione e l’analisi strutturale delle travi in acciaio a doppio T utilizzate in edifici industriali, compresi i carichi, le connessioni, le verifiche di stabilità e le procedure di progettazione avanzata.

    Caratteristiche delle travi in acciaio a doppio T

    Le travi in acciaio a doppio T sono costituite da una sezione trasversale a forma di T con due anime collegate da una soletta superiore. Questa configurazione offre una serie di vantaggi in termini di resistenza e rigidezza, rendendo le travi a doppio T ideali per le applicazioni industriali. Le principali caratteristiche delle travi in acciaio a doppio T includono:

    • Altezza dell’anima (h): è la distanza verticale tra la soletta superiore e la parte inferiore dell’anima. L’altezza dell’anima influisce sulla capacità di carico e sulla rigidezza della trave.
    • Larghezza dell’anima (b): è la larghezza della parte superiore dell’anima. La larghezza dell’anima può variare a seconda del design e delle specifiche dell’applicazione.
    • Spessore della soletta (t): è lo spessore della soletta superiore della trave. Lo spessore della soletta influenza la resistenza e la rigidezza della trave.
    • Lunghezza della trave (L): è la lunghezza totale della trave. La lunghezza della trave influisce sulla capacità di carico e sulla deformazione della trave.
    • Connessioni: le connessioni tra le travi a doppio T e le altre parti della struttura sono un aspetto critico della progettazione. Le connessioni devono essere progettate in modo adeguato per garantire la trasmissione dei carichi tra le diverse parti della struttura e per evitare punti deboli o potenziali zone di cedimento.

    Carichi applicati alle travi.

    Durante la fase di progettazione delle travi in acciaio a doppio T, è importante prendere in considerazione tutti i carichi che agiranno sulla struttura. I principali carichi da considerare includono:

    • Carichi verticali: come il peso proprio della trave, il carico concentrato dovuto alle sovrastrutture, il carico delle coperture e il carico delle apparecchiature o dei macchinari presenti nell’edificio industriale.
    • Carichi orizzontali: come il vento laterale, il sisma e il carico dovuto agli spostamenti termici.
    • Carichi di servizio: come il carico dovuto all’utilizzo dell’edificio industriale, come ad esempio le persone, le merci o le attrezzature in movimento.
    • Carichi di progetto: sono i carichi massimi previsti per la struttura, considerando tutte le possibili combinazioni di carico.

    Analisi strutturale: Dopo aver identificato i carichi che agiscono sulla trave, è necessario procedere con l’analisi strutturale per verificare la capacità di carico della trave e garantire la sicurezza e la stabilità della struttura. L’analisi strutturale può essere effettuata utilizzando metodi analitici o software di calcolo strutturale, che consentono di determinare le tensioni, le deformazioni e le verifiche di stabilità della trave sotto i carichi applicati.

    Procedura di progettazione.

    La procedura di progettazione di travi in acciaio a doppio T per edifici industriali può includere i seguenti passaggi:

    1. Determinazione dei carichi applicati alla trave, inclusi i carichi verticali, orizzontali e di servizio.
    2. Selezione della sezione trasversale della trave, tenendo conto delle specifiche dell’applicazione, dei carichi e delle connessioni.
    3. Calcolo delle tensioni e delle deformazioni sulla trave utilizzando metodi analitici o software di calcolo strutturale.
    4. Verifica della capacità di carico della trave rispetto ai limiti di resistenza dell’acciaio e alle normative di riferimento, come ad esempio le norme tecniche per le costruzioni (NTC).
    5. Verifica della stabilità della trave, considerando la stabilità laterale e la stabilità torsionale.
    6. Progettazione delle connessioni tra la trave e le altre parti della struttura, garantendo la trasmissione dei carichi in modo sicuro ed efficiente.
    7. Verifica della durabilità della trave, considerando la corrosione e l’usura dovuta all’ambiente industriale.

    Esempio di calcolo.

    Ecco un esempio di calcolo semplificato per la progettazione di una trave in acciaio a doppio T per un edificio industriale, considerando un carico concentrato dovuto all’apparecchiatura o al macchinario presente sulla trave.

    Dati di progetto

    • Lunghezza della trave (L): 10 metri
    • Carico concentrato (P): 50 kN (50.000 N)
    • Resistenza dell’acciaio (fy): 355 MPa (megapascal)
    • Larghezza della flangia superiore (bf): 200 mm
    • Spessore della flangia superiore (tf): 20 mm
    • Larghezza della flangia inferiore (bw): 200 mm
    • Spessore della flangia inferiore (tw): 20 mm
    • Altezza della trave (h): 500 mm
    • Spessore dell’anima (t): 10 mm
    • Fattore di sicurezza (γm): 1,1 (per carichi permanenti) e 1,5 (per carichi variabili)

    Passi di calcolo

    Calcolo delle tensioni nella trave

    La tensione massima ammissibile nella flangia superiore o inferiore dell’acciaio può essere calcolata utilizzando la formula:

      σ = M / S

      Dove:

      • M è il momento flettente sulla trave, calcolato come P x L/4 (carico concentrato diviso per 4 per considerare la distribuzione del momento sulla trave).
      • S è la sezione trasversale della flangia, calcolata come (bf x tf) o (bw x tw) a seconda della flangia considerata.

      Verifica della capacità di carico dell’acciaio

      La capacità di carico dell’acciaio può essere verificata confrontando la tensione calcolata con la resistenza dell’acciaio. La resistenza dell’acciaio può essere calcolata moltiplicando la resistenza caratteristica dell’acciaio (fy) per un fattore di sicurezza (γm). Quindi, la verifica della capacità di carico dell’acciaio può essere espressa come:

        σ ≤ fy / γm

        Verifica della stabilità laterale

        La stabilità laterale della trave può essere verificata calcolando il momento critico di inarcamento, che dipende dalla lunghezza della trave e dalla rigidezza della sezione trasversale. La verifica della stabilità laterale può essere espressa come:

          M ≤ Mcr

          Dove:

          • Mcr è il momento critico di inarcamento, calcolato come (Ï€^2 x E x I) / (L^2), dove E è il modulo di elasticità dell’acciaio e I è il momento di inerzia della sezione trasversale della trave.

          Verifica della stabilità torsionale

          La stabilità torsionale della trave può essere verificata calcolando la torsione critica, che dipende dalla geometria della sezione trasversale e dalla rigidezza torsionale dell’acciaio. La verifica della stabilità torsionale può essere espressa come:

            τ ≤ τcr

            Dove:

            • Ï„ è lo sforzo torsionale sulla trave, calcolato come T / (2 x A), dove T è il momento torcente sulla trave, calcolato come P x L/2 (carico concentrato moltiplicato per metà della lunghezza della trave) e A è l’area della sezione trasversale dell’anima della trave.
            • Ï„cr è lo sforzo critico torsionale, calcolato come (Ï„w x h) / (2 x tw), dove Ï„w è lo sforzo di snervamento dell’acciaio dell’anima (considerando la metà dell’altezza dell’anima) e h è l’altezza della trave.

            Se tutte le verifiche risultano soddisfatte, la trave è considerata idonea per la progettazione.

            Esempio di calcolo:

            Dati

            • L = 10 m
            • P = 50 kN
            • fy = 355 MPa
            • bf = 200 mm
            • tf = 20 mm
            • bw = 200 mm
            • tw = 20 mm
            • h = 500 mm
            • t = 10 mm
            • γm = 1,1 (carichi permanenti) e 1,5 (carichi variabili)

            Calcoli

            Calcolo delle tensioni nella trave:

            M = P x L/4 = 50.000 N x 10 m / 4 = 125.000 Nm

              S (flangia superiore) = bf x tf = 200 mm x 20 mm = 4.000 mm^2 S (flangia inferiore) = bw x tw = 200 mm x 20 mm = 4.000 mm^2

              σ (flangia superiore) = M / S = 125.000 Nm / 4.000 mm^2 = 31,25 N/mm^2 σ (flangia inferiore) = M / S = 125.000 Nm / 4.000 mm^2 = 31,25 N/mm^2

              Verifica della capacità di carico dell’acciaio

              σ ≤ fy / γm 31,25 N/mm^2 ≤ 355 MPa / 1,1 (per carichi permanenti) 31,25 N/mm^2 ≤ 355 MPa / 1,5 (per carichi variabili)

                La verifica della capacità di carico dell’acciaio risulta soddisfatta in entrambi i casi.

                Verifica della stabilità laterale

                Mcr = (Ï€^2 x E x I) / (L^2) I (sezione trasversale della trave)

                = (bf x tf^3 + bw x tw^3) / 12 + (bw x h^3) / 12

                = (200 mm x 20 mm^3 + 200 mm x 20 mm^3) / 12 + (200 mm x 500 mm^3) / 12 = 1.333.333.333 mm^4Mcr

                = (π^2 x 210.000 N/mm^2 x 1.333.333.333 mm^4) / (10 m)^2 = 6.571.972 NmM ≤ Mcr 125.000 Nm ≤ 6.571.972 Nm

                  La verifica della stabilità laterale risulta soddisfatta.

                  Verifica della stabilità torsionale:

                  Ï„ = T / (2 x A) T = P x L/2 = 50.000 N x 10m / 2 = 250.000 Nm

                    A (anima della trave) = bw x t = 200 mm x 10 mm = 2.000 mm^2

                    Ï„ = 250.000 Nm / (2 x 2.000 mm^2) = 62,5 N/mm^2

                    Ï„cr = (Ï„w x h) / (2 x tw) = (fy x h) / (2 x tw) = (355 MPa x 500 mm) / (2 x 20 mm) = 4.437,5 N/mm^2

                    τ ≤ τcr 62,5 N/mm^2 ≤ 4.437,5 N/mm^2

                    La verifica della stabilità torsionale risulta soddisfatta.

                    In conclusione, la trave soddisfa tutte le verifiche di capacità di carico, stabilità laterale e stabilità torsionale, ed è quindi considerata idonea per la progettazione.

                    Si noti che questo è solo un esempio di calcolo semplificato e che nella pratica, la progettazione di una trave richiede una serie di considerazioni e verifiche aggiuntive, compresi fattori di sicurezza, requisiti di deformazione, e altre condizioni specifiche dell’applicazione e del codice di progettazione utilizzato. Si consiglia di consultare un ingegnere strutturale professionista per una progettazione accurata e affidabile.

                    Conclusioni

                    La progettazione di travi in acciaio a doppio T per edifici industriali richiede una conoscenza approfondita delle specifiche dell’applicazione, dei carichi applicati, delle connessioni e delle normative di riferimento. Una corretta progettazione e analisi strutturale sono essenziali per garantire la sicurezza, la stabilità e l’efficienza della struttura. È importante lavorare in conformità alle norme di progettazione e collaborare con professionisti esperti nel campo dell’ingegneria strutturale per garantire un progetto di successo.

                    Vedi il nostro prontuario nella sezione dedicata a questi tipi di travi.

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