Progettazione di Pannelli e Montanti in Acciaio Leggero

Questo articolo descrive l'uso del modulo StatiCAD per i pannelli a taglio in acciaio leggero (acciaio formato a freddo). Il modulo esegue due verifiche fondamentali: la capacità a taglio del rivestimento del pannello (TBDY 2018) e la verifica dei montanti del telaio del pannello a compressione assiale + flessione da vento fuori piano (Metodo della Larghezza Efficace — MLE, secondo l'impostazione del Capitolo 4 della HCBTİE; LRFD o ASD). Le sollecitazioni sono prese dalla soluzione dell'analisi del programma; i risultati sono presentati negli avvisi di analisi e nelle relazioni di calcolo in turco/inglese.

Articoli correlati: Progettazione di Travi e Pilastri in Acciaio Leggero, Condizioni Normative, Ancoraggi e Fondazioni, Fondamenti Teorici, Validazione.

informazioni

In quali edizioni? I calcoli per l'acciaio leggero sono disponibili nell'edizione StatiCAD Ultimate. I dati dei pannelli vengono salvati con il progetto in ogni edizione.

1. Flusso generale

1. Disegnare la parete in modo normale e aprire la finestra Proprietà Parete.
2. Come tipo di progetto, selezionare l'opzione “Pannello in Acciaio Leggero”.
3. Nella scheda Pannello in Acciaio Leggero inserire i dati del rivestimento e dei montanti (Sezione 2) e salvare con OK.
4. Per i pannelli di facciata, in Proprietà Parete spuntare la casella appropriata tra gli assi di bordo (Asse di Bordo Superiore/Inferiore/Sinistro/Destro); la flessione da vento viene calcolata solo per queste pareti (Sezione 5).
5. In Impostazioni Generali del Progetto controllare il metodo di progetto (LRFD/ASD), la pressione del vento e il limite di freccia dei montanti (Sezioni 5 e 6).
6. Eseguire l'analisi. La capacità a taglio del pannello e le verifiche dei montanti vengono calcolate automaticamente durante l'analisi; le insufficienze compaiono nell'elenco degli avvisi a fine analisi (Sezione 8).
7. Nell'albero della scheda Relazione della finestra Selezione Relazioni spuntare il gruppo “Relazioni degli Elementi in Acciaio Leggero” e le relative sotto-relazioni, quindi generare la relazione (Sezione 9).

2. Dati della scheda “Pannello in Acciaio Leggero”

Dato	Descrizione	Valore predefinito
Rivestimento presente sul pannello sinistro/superiore	Indica se sulla faccia sinistra (superiore) del pannello è presente una lastra di rivestimento	Presente
Rivestimento presente sul pannello destro/inferiore	Indica se sulla faccia destra (inferiore) del pannello è presente una lastra di rivestimento	Presente
vc,sin, vc,des (kN/m)	Resistenza a taglio caratteristica del rivestimento per unità di lunghezza (in base al tipo di lastra, al diametro e all'interasse delle viti; la nota nella scheda riporta i valori tipici della Tabella 10.5 della TBDY)	10,2 (OSB da 11 mm)
Profilo del montante (C / Sigma)	Sezione formata a freddo da utilizzare per i montanti del pannello; l'elenco viene popolato dalla tabella dei profili fornita con l'installazione	Vuoto (a scelta dell'utente)
Interasse dei montanti s (mm)	Interasse tra i montanti intermedi	600
Numero di montanti di estremità n	Numero di montanti a ciascuna estremità del pannello; la forza di ribaltamento viene ripartita tra questi montanti	2

note

I vecchi file di progetto privi di questi dati si aprono senza modifiche; i campi vengono popolati con i valori predefiniti.

3. Capacità a taglio del pannello (TBDY 2018)

Per ogni pannello in acciaio leggero viene calcolata la capacità a taglio delle facce rivestite:

informazioni

Vc = 0,6 · vc · L (L: lunghezza della parete)

• Nell'intervallo 2 ≤ h/L ≤ 4 la capacità viene ridotta con il coefficiente 2L/h; se h/L > 4 oppure L < 0,30 m il pannello non contribuisce alla capacità a taglio.
• Se è rivestita una sola faccia si considera la capacità di quella faccia; se sono rivestite entrambe le facce si usa la somma per rivestimenti uguali e la regola max(2·minore, maggiore) per rivestimenti diversi.

Il risultato viene considerato come capacità orizzontale del pannello nella ripartizione del taglio di piano ed è elencato per pannello nella relazione.

4. Verifica dei montanti (MLE — HCBTİE Capitolo 4)

4.1 Sollecitazioni

L'analisi ricava, per ogni pannello e per tutte le combinazioni di carico, l'inviluppo del taglio nel piano della parete (V) e dello sforzo assiale verticale (N); il nome della combinazione determinante è riportato nella relazione. Le sollecitazioni dei montanti derivano da questo inviluppo:

Elemento	Sforzo assiale di progetto	Descrizione
Montante intermedio	Ninterm = N · s / L	Quota parte secondo l'area di influenza del carico verticale
Montante di estremità	Nestrem = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ]	Quota parte secondo l'area di influenza + quota della forza di estremità dovuta al momento ribaltante, divisa per il numero di montanti di estremità. Cd è la stessa ripartizione calcolata per combinazione, con l'azione sismica amplificata del fattore di sovraresistenza D (TBDY 10.4.1.1(a)); vale il valore maggiore. Nella relazione accanto alla sollecitazione compare “(D ile)” (con D) oppure “(zarf)” (inviluppo).

4.2 Capacità

Per la sezione scelta si determina con il MLE la capacità a compressione assiale (Pd): governa il minore tra le righe instabilità locale (larghezze efficaci), instabilità distorsionale e instabilità flesso-torsionale (globale). Lunghezze di libera inflessione:

• Asse forte: Lx = altezza del pannello h.
• Se almeno una faccia è rivestita, per l'asse debole e per la torsione si assume Ly = Lz = interasse dei montanti s e l'instabilità flesso-torsionale laterale si considera impedita; senza rivestimento Ly = Lz = h.

Le proprietà lorde della sezione (A, Ix, Iy) sono i valori di catalogo del produttore riportati nella tabella dei profili; la costante torsionale, il centro di taglio e la costante di ingobbamento sono calcolati automaticamente dalla geometria della sezione. Nei pannelli rivestiti la riga determinante è per lo più l'instabilità distorsionale; la tensione critica distorsionale viene calcolata con il metodo generale della HCBTİE 4.10.3.3 oppure, se selezionato, con il metodo delle strisce finite (v. Fondamenti Teorici).

Per ogni pannello il montante di estremità e quello intermedio sono verificati in righe separate. Vengono calcolati due rapporti e il maggiore, come rapporto determinante, fornisce il giudizio Yeterli / YETERSİZ (adeguato / insufficiente):

• Rapporto assiale = PEd/Pd (inviluppo di tutte le combinazioni di carico),
• Rapporto della combinazione con vento = P/Pd + M/Md (solo per le pareti esterne; HCBTİE Eq. 4.8.4).

5. Flessione da vento fuori piano e freccia

I montanti delle pareti con asse di bordo spuntato (pareti esterne) si inflettono come travi semplicemente appoggiate sotto la pressione del vento perpendicolare alla faccia della parete:

• w = max(0,8 · q ; 0,5) kN/m² (0,8: coefficiente di pressione della TS 498; 0,5 kN/m²: limite inferiore del carico caratteristico del vento secondo la HCBTİE)
• M = γW · w · b · h² / 8 (b: s per il montante intermedio, s/2 per quello di estremità; si applica l'amplificazione del secondo ordine)

q è la casella “Carico del Vento” nella scheda Impostazioni Generali del Progetto → Combinazioni di Carico; deve essere inserito il valore corrispondente all'altezza dell'edificio secondo la TS 498 (0–8 m: 0,5; 8–20 m: 0,8; 20–100 m: 1,1 kN/m²). Il carico di neve della stessa scheda contribuisce allo sforzo assiale nella combinazione con vento. Combinazioni con vento — LRFD: 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W e 1,2G + 1,6S + 0,8W; ASD: G + 0,75Q + 0,75S + 0,45W e G + 0,6W.

note

Se nel progetto nessun pannello in acciaio leggero è contrassegnato come parete esterna, nell'elenco degli avvisi di analisi compare una riga che lo segnala; la flessione da vento non viene omessa in silenzio. Viene dato un avviso anche se q non è stato inserito o se è inferiore al valore della TS 498 corrispondente alla quota superiore del pannello (q non viene modificato dal programma).

Controllo della freccia: per i montanti delle pareti esterne si calcola la freccia fuori piano con il valore caratteristico del vento e si verifica δ ≤ h/K. La freccia è calcolata con il momento d'inerzia efficace della sezione al momento di servizio (HCBTİE 4.9.5); per sezioni snelle può risultare maggiore di quella calcolata con il momento d'inerzia lordo. K si sceglie dall'elenco Limite di freccia del montante della casella “Metodo di Progetto degli Elementi in Acciaio Leggero” nella scheda Impostazioni Generali del Progetto → Selezione della Normativa (h/120, h/200, h/240 predefinito, h/300, h/360). Poiché la HCBTİE non fornisce un limite specifico per i montanti, la scelta va fatta con criterio ingegneristico in base al tipo di rivestimento: sono diffusi h/120 per rivestimento flessibile, h/240 per rivestimento in lastre di gesso o OSB, h/360 per rivestimento con intonaco o ceramica. Il risultato è riportato nella relazione in una riga “Freccia” distinta; se superato, il montante è considerato insufficiente.

6. Metodo di progetto: LRFD / ASD

Si sceglie nella casella “Metodo di Progetto degli Elementi in Acciaio Leggero” della scheda Impostazioni Generali del Progetto → Selezione della Normativa (visibile quando il tipo di edificio è acciaio leggero oppure quando nel progetto è presente un pannello in acciaio leggero) e viene salvato con il progetto:

Opzione	Resistenza	Combinazioni di carico
LRFD (predefinito)	φc = 0,85, φb = 0,90 (HCBTİE)	Combinazioni del programma; nelle combinazioni con sisma si usa 1,2G al posto di G; inoltre le combinazioni verticali della HCBTİE 4.3.1 (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + Q) vengono generate dai risultati semplici G/Q/S e aggiunte all'inviluppo.
ASD	Ωc = 1,80, Ωb = 1,67 (AISI S100)	Le combinazioni del programma vengono convertite nei corrispondenti ASD; inoltre G + Q, G + S, G + 0,75Q + 0,75S e la forma G + 0,7E delle combinazioni con sisma vengono aggiunte all'inviluppo.

pericolo

La HCBTİE definisce solo l'LRFD; l'opzione ASD è destinata al confronto e al predimensionamento. Nei calcoli ufficiali utilizzare l'LRFD. I vecchi progetti si aprono con LRFD.

7. Vincolo rotazionale del rivestimento (kφ)

Il rivestimento in OSB o compensato, trattenendo le ali del montante contro la rotazione, aumenta la resistenza all'instabilità distorsionale (HCBTİE 4.10.3.3, AISI S240). Se non vengono inseriti dati si assume kφ = 0.

• Nella casella “Vincolo rotazionale del rivestimento sul montante” della scheda Proprietà Parete → Pannello in Acciaio Leggero si inseriscono, per la faccia sinistra e destra, il tipo di lastra (Non definito / Lastra di gesso / OSB / Compensato / kφ utente), la rigidezza flessionale della lastra (0 = valore predefinito del tipo), l'interasse delle viti e, solo per “kφ utente”, il valore di kφ. Nel calcolo si usa il minore tra le due facce: se una delle facce è in lastra di gesso, non definita o priva di rivestimento, si ha kφ = 0.
• Condizioni: interasse delle viti ≤ 305 mm e interasse dei montanti ≤ 625 mm; altrimenti si assume kφ = 0 e il motivo è indicato nella relazione. La lastra di gesso non viene considerata nel calcolo della resistenza.
• Nella nota del montante in relazione sono riportati, per ciascuna faccia, il valore di kφ o il motivo dello zero e il valore utilizzato.

8. Avvisi di analisi

Avviso	Significato / azione da intraprendere
“… hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Sigma dikme profili seçilmedi” (calcolo dei montanti del pannello in acciaio leggero non eseguibile: profilo del montante Sigma non selezionato)	Nella scheda del pannello non è stato selezionato il profilo del montante. Selezionare il profilo da Proprietà Parete → scheda Pannello in Acciaio Leggero.
“… hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…)” (montante di ESTREMITÀ/INTERMEDIO del pannello insufficiente)	Il rapporto determinante del montante in questione supera 1. Scegliere un profilo più grande o più spesso, ridurre l'interasse dei montanti oppure aumentare il numero di montanti di estremità.
“Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok …” (nei pannelli in acciaio leggero non ci sono pareti con asse di bordo dell'edificio (parete esterna) contrassegnato)	Poiché nessun pannello è contrassegnato come parete esterna, la flessione da vento non è stata calcolata. Per i pannelli di facciata spuntare le caselle degli assi di bordo.
“… hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm)” (freccia del montante del pannello eccessiva)	La freccia fuori piano del montante della parete esterna supera il limite scelto. Scegliere un profilo più rigido, ridurre l'interasse dei montanti oppure, se compatibile con il tipo di rivestimento, riesaminare il limite.
“Rüzgâr basıncı q girilmemiş …” / “… TS 498 yükseklik kademesinin altında …” (pressione del vento q non inserita / inferiore allo scaglione di altezza della TS 498)	Inserire in Impostazioni Generali del Progetto → Combinazioni di Carico → Carico del Vento il valore appropriato all'altezza dell'edificio.

9. Relazioni

Nell'albero della scheda Selezione Relazioni → Relazione è presente il gruppo “Relazioni degli Elementi in Acciaio Leggero” (visibile se nel progetto è presente un pannello in acciaio leggero):

• Progetto del Pannello in Acciaio Leggero: per pannello, informazioni sul rivestimento, dati h, L, vc e capacità a taglio del rivestimento.
• Progetto dei Montanti in Acciaio Leggero (MLE): piano per piano, per pannello — nome del pannello e profilo, geometria (h, L, s, n), metodo di progetto e pressione del vento, sollecitazioni di inviluppo (con il nome della combinazione determinante), per il montante di estremità e intermedio sollecitazione, capacità, rapporto assiale, rapporto determinante e stato; per le pareti esterne la riga della combinazione con vento e la freccia; righe di ancoraggio e di taglio del pannello; nota sulle ipotesi di calcolo.
• Progetto delle Travi in Acciaio Leggero (MLE) e Progetto dei Pilastri in Acciaio Leggero (MLE): se nel progetto sono presenti tali elementi (v. Progettazione di Travi e Pilastri in Acciaio Leggero).

Le relazioni sono prodotte in turco o in inglese in base all'impostazione della lingua del programma; al termine dell'analisi si ottengono con “Genera Tutte le Relazioni Selezionate” e possono essere esportate in PDF/DOCX.

10. Domande frequenti

La capacità a taglio del pannello risulta 0. Può essere h/L > 4 oppure L < 0,30 m, oppure il rivestimento non è spuntato su nessuna delle due facce. Nei vecchi progetti la resistenza del rivestimento può avere il vecchio valore predefinito (2,7 kN/m); controllare nella scheda.

L'elenco dei profili dei montanti è vuoto. Potrebbe non essere stata trovata la tabella dei profili nella cartella di installazione (HafifCelikProfil.txt); reinstallare l'aggiornamento.

In una nuova parete in acciaio leggero il profilo del montante risulta vuoto. Il profilo viene scelto dall'utente: Proprietà Parete → Pannello in Acciaio Leggero → Profilo del Montante. Se non viene selezionato, l'analisi segnala un avviso.

Nella relazione manca la riga della combinazione con vento e compare “iç duvar” (parete interna). La parete non è stata contrassegnata con nessuna delle caselle degli assi di bordo. Se si tratta di una parete di facciata, spuntare l'asse di bordo corrispondente in Proprietà Parete e ripetere l'analisi.

Accanto alla sollecitazione del montante di estremità compare “(D ile)” (con D). Ai sensi della TBDY 10.4.1.1(a), la sollecitazione del montante di estremità viene calcolata anche dalle combinazioni sismiche amplificate con il fattore di sovraresistenza D; negli edifici a più piani si considera anche il momento ribaltante accumulato dai piani superiori. Se il rapporto è insufficiente, aumentare il numero di montanti di estremità o il profilo.

Nella nota a piè di pagina della relazione compare la dicitura “Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3)” (irrigidimento di bordo). Il labbro non è sufficiente a irrigidire completamente l'ala; il coefficiente di instabilità della piastra dell'ala e le larghezze efficaci sono stati ridotti secondo la normativa. Scegliendo uno spessore maggiore o un profilo con labbro più lungo, la riduzione diminuisce.

Perché nel pannello rivestito la riga determinante è sempre l'instabilità distorsionale? Il rivestimento limita l'instabilità dell'asse debole e torsionale all'interasse dei montanti; nelle sezioni a parete sottile, in questo caso la resistenza minima è in genere data dall'instabilità distorsionale. Inserire il vincolo rotazionale del rivestimento (Sezione 7) e l'opzione delle strisce finite (per le sezioni Sigma) permette di calcolare questa resistenza in modo più realistico.