Che cos'è l'analisi di vulnerabilità di un edificio in cemento armato?

La sicurezza sismica di un edificio esistente in cemento armato non si misura con l'approccio basato sulle forze della progettazione di nuovi edifici, ma in base a quanto si deformeranno gli elementi durante il sisma e a se tali deformazioni restano entro limiti di sicurezza. TBDY 2018, Capitolo 15 definisce questa valutazione: dalle informazioni raccolte sull'edificio si determina il livello di conoscenza, si calcola la domanda sismica, si individua la regione di danno di ogni pilastro, trave e setto e si stabilisce per l'edificio il livello prestazionale di Danno Limitato, Danno Controllato o Prevenzione del Collasso.

Il metodo lineare offre per molti edifici una valutazione rapida e sufficiente, ma non mostra in quale sequenza e in che misura gli elementi entrano in campo plastico. Nell'approccio di valutazione e progettazione basato sulle deformazioni (ŞGDT), l'analisi pushover non lineare segue passo dopo passo la formazione delle cerniere plastiche; alla domanda sismica la rotazione plastica di ogni cerniera viene confrontata con i limiti di danno della normativa.

StatiCAD esegue automaticamente l'intera catena sullo stesso progetto: modelli dei materiali, analisi della sezione, curva di pushover, domanda sismica, tabelle del danno e verdetto sull'edificio. Il risultato è una relazione di calcolo pronta per il controllo, che riporta chiaramente la motivazione del verdetto.

Che cosa fa StatiCAD nell'analisi di vulnerabilità del cemento armato?

Tutte le fasi della valutazione di un edificio esistente in cemento armato, dalla valutazione lineare al pushover multimodale.

Valutazione con il metodo di calcolo lineare

  • Capacità delle sezioni con le resistenze dei materiali esistenti e il fattore di livello di conoscenza (esaustivo 1,0 / limitato 0,75)
  • Rapporti domanda/capacità di pilastri, travi e setti sotto le azioni sismiche non ridotte
  • Distinzione tra elementi duttili e fragili, verifica della capacità a taglio
  • Livello prestazionale dell'edificio piano per piano secondo i criteri del punto 15.8 e relativa motivazione

Analisi pushover non lineare

  • Modelli dei materiali TBDY Allegato 5A: calcestruzzo confinato e non confinato di Mander, acciaio d'armatura con incrudimento
  • Momento–curvatura con modello a fibre; due assi nei pilastri, effetto dell'ala nelle travi e capacità distinte positiva/negativa
  • Cerniera plastica concentrata; opzione di cerniera elastica–perfettamente plastica o con incrudimento (bilineare)
  • Risolutore event-to-event (da evento a evento): ogni formazione di cerniera viene individuata con esattezza
  • Combinazioni direzionali TBDY: ±X ± 0,3Y e ±Y ± 0,3X, otto direzioni

Domanda sismica e valutazione del danno

  • Punto di prestazione con trasformazione modale dell'Allegato 5B e correzione CR per strutture a breve periodo
  • Limiti di rotazione plastica e limiti di deformazione unitaria della sezione (TBDY 5.8.1)
  • Controllo della deformazione unitaria nelle zone di estremità dei setti
  • Regioni di danno degli elementi: Limitato, Significativo, Avanzato e Collasso
  • Verdetto prestazionale dell'edificio piano per piano secondo TBDY 15.8 e relativa motivazione

Pushover multimodale e IRSA

  • Le condizioni del pushover monomodale (partecipazione di massa ≥ 70%, ηbi ≤ 1,4) vengono verificate e riportate automaticamente
  • Pushover multimodale (TBDY 5.6.6): combinazione con CQC dei pushover modali e delle rotazioni plastiche di estremità
  • La condizione di coerenza elastica (TBDY 5.6.6.1) viene mostrata numericamente in ogni analisi
  • Metodo di combinazione modale incrementale IRSA
  • Pushover monomodale adattivo (variabile) (TBDY 5.6.5) e opzioni P-Δ (effetti del secondo ordine)

Monitoraggio 3D del danno

  • Deformata passo dopo passo lungo la curva di pushover
  • Cerniere plastiche con i colori delle regioni di danno: Limitato, Significativo, Avanzato e Collasso
  • Taglio alla base, spostamento in sommità, numero di cerniere e livello prestazionale dell'edificio a ogni passo
  • Il passo di domanda è evidenziato separatamente; la sequenza di formazione delle cerniere si segue con facilità

Validazione con SAP2000

  • Lo stesso modello e le stesse cerniere vengono trasferiti automaticamente a SAP2000 e sottoposti a pushover in modo indipendente
  • Curve di pushover dei due programmi, stati delle cerniere al punto di domanda e tagli alla base affiancati
  • Se si desidera, il calcolo prosegue con la soluzione di SAP2000; domanda, danno e relazione sono comunque generati in StatiCAD con la catena TBDY
  • Senza SAP2000, tutte le analisi e le relazioni si ottengono con il risolutore di StatiCAD

Immagini dal programma

Finestra dell'analisi pushover non lineare di StatiCAD: combinazioni di direzione, curva di pushover, punto di prestazione e registro dell'analisi

Finestra dell'analisi pushover non lineare: combinazioni di direzione, curva di pushover, punto di prestazione e livello prestazionale dell'edificio

Curva di pushover non lineare: taglio alla base – spostamento in sommità e punto di prestazione

Curva di pushover e punto di prestazione (taglio alla base – spostamento in sommità)

Spiegazione passo per passo: Come eseguire l'analisi pushover non lineare (Base di conoscenza)

Come funziona

  1. Modellare l'edificio esistente; inserire sezioni, armature e resistenze dei materiali determinate in situ.
  2. In Impostazioni generali del progetto attivare l'analisi di vulnerabilità del cemento armato, scegliere il livello di conoscenza ed eseguire l'analisi. La relazione della valutazione lineare è pronta in questa fase.
  3. Nella finestra Analisi pushover non lineare definire le combinazioni direzionali e le opzioni (cerniera con incrudimento, pushover multimodale, IRSA, P-Δ) e avviare il pushover.
  4. Esaminare per ogni direzione la curva di pushover, il punto di prestazione e la distribuzione 3D del danno; ottenere la relazione della direzione selezionata.
  5. Se l'edificio risulta insufficiente, definire il rinforzo nello stesso progetto e ripetere la valutazione nello stato rinforzato.

Relazioni

Per ogni combinazione direzionale, una relazione dettagliata, con anteprima e salvabile in PDF:

  • Curva di pushover e diagramma modale capacità–domanda
  • Calcolo della domanda sismica e verifiche di applicabilità (ηbi, partecipazione di massa)
  • Tabelle di rotazione plastica e di regione di danno elemento per elemento
  • Modelli dei materiali e verifiche della deformazione unitaria nelle zone di estremità dei setti
  • Sintesi di pushover multimodale e IRSA, profilo degli spostamenti di interpiano
  • Livello prestazionale dell'edificio e motivazione del verdetto

Documenti di aiuto

Uso passo per passo, esempi di soluzione, fondamenti teorici e studi di validazione nella Base di conoscenza.

Validazione

Il motore di pushover di StatiCAD è stato validato con confronti automatici modello–modello con SAP2000 V27. Al punto di domanda in cui viene formulato il giudizio ingegneristico, i due programmi producono lo stesso spostamento in sommità e tabelle del danno coincidenti; in sette delle otto combinazioni direzionali il verdetto sull'edificio è identico. L'unica differenza riguarda un caso limite in cui la domanda coincide esattamente con il limite di snervamento.

I rapporti del taglio alla base in sommità della curva si collocano nella fascia 0,89–0,93 nei pushover monodirezionali e StatiCAD è costantemente dal lato della sicurezza. Gli stessi confronti possono essere riprodotti in ogni progetto con l'opzione «Verifica con SAP2000».

Dettagli degli studi di validazione (Base di conoscenza)

Normative

TBDY 2018 Capitolo 15 TBDY 2018 Capitolo 5 (ŞGDT) Allegato 5A e Allegato 5B TBDY 5.6.5 e 5.6.6 TS 500
In quale edizione? Il modulo di analisi di vulnerabilità e rinforzo del cemento armato è disponibile nelle edizioni StatiCAD Ultimate, Profesyonel e Betonarme.

Domande frequenti

Secondo quale normativa si esegue l'analisi di vulnerabilità di un edificio in cemento armato?

Gli edifici esistenti in cemento armato vengono valutati secondo TBDY 2018, Capitolo 15. Nella valutazione basata sulle deformazioni si applicano il Capitolo 5 con l'Allegato 5A (modelli dei materiali) e l'Allegato 5B (domanda sismica); il verdetto sul livello prestazionale dell'edificio si formula con le regole del punto 15.8.

Devo usare il metodo lineare o l'analisi pushover?

TBDY 2018 consente entrambe le strade; la scelta dipende dalle caratteristiche dell'edificio e dalla valutazione dell'ingegnere. In StatiCAD, sullo stesso modello, si può eseguire prima la valutazione lineare e poi l'analisi pushover non lineare e confrontare i risultati.

Che cosa succede se le condizioni del pushover monomodale non sono soddisfatte?

Se la partecipazione di massa del modo dominante è inferiore al 70% o se il coefficiente di irregolarità torsionale ηbi supera 1,4, la condizione è segnalata chiaramente nella relazione. Per questi edifici la valutazione può essere eseguita con il pushover multimodale secondo TBDY 5.6.6 o con il metodo IRSA.

Per l'analisi pushover serve SAP2000?

No. Tutte le analisi e le relazioni si eseguono con il risolutore proprio di StatiCAD. Se SAP2000 V27 è installato e con licenza sul computer, sono disponibili opzioni aggiuntive per confrontare i risultati con un risolutore indipendente o per proseguire il calcolo con la soluzione di SAP2000.

Dopo l'analisi di vulnerabilità è possibile progettare il rinforzo?

Sì. Il rinforzo viene definito sugli elementi nello stesso file di progetto e incluso nel calcolo con una sola opzione; i risultati prima e dopo il rinforzo sono confrontati nella relazione. Per i dettagli, vedere la pagina Rinforzo del cemento armato.

In quale edizione di StatiCAD è disponibile?

Il modulo di analisi di vulnerabilità e rinforzo del cemento armato è disponibile nelle edizioni Ultimate, Profesyonel e Betonarme. Con la versione demo gratuita può provare il flusso sul suo progetto.

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