Aree speciali delle strutture in acciaio nell'edilizia

Nota importante per gli esperti: Questo è un testo didattico d’archivio, non una specifica di progettazione attuale, un calcolo statico, una prova della capacità di carico o istruzioni di produzione e assemblaggio. La progettazione di padiglioni, cupole, scheletri, alte colonne, torri, strutture di miniere e tubazioni richiede un progettista autorizzato, fondazioni geotecniche e altre fondazioni autorevoli, effetti reali, controlli di stabilità, fatica, incendio e corrosione, nonché regolamenti e standard validi.

La progettazione e la costruzione delle strutture in acciaio non fanno parte dell’attuale offerta pubblica di Savo Kusić. Il focus della produzione odierna è costituito da finestre in legno, finestre in legno-alluminio e porte su misura.

capannoni industriali

1. Cupole. Ci sono cupole in cui tutte le aste giacciono sulla superficie della cupola, che formano sistemi spaziali, mentre in altre le cupole sono formate dalla disposizione radiale dei singoli tiranti. Le cupole che sono griglie spaziali possono avere le seguenti forme:

            - Cupole di Schwedler, dove le nervature sono radiali e collegate tra loro da travi orizzontali (fig. 1)

            - Cupole a rete, la cui superficie è costituita da una rete di triangoli, senza nervature radiali, ma con fasce avvolgenti dello stesso numero di angoli (fig. 2). Se tale cupola si basa su un poligono regolare con un numero pari di lati, il sistema è instabile e inutilizzabile senza una stabilizzazione speciale.

            - Cupole Zimmerman, dove sono presenti, simili alle cupole Schwedler e alle cupole mesh, anelli orizzontali, ma il numero di angoli sugli anelli diminuisce gradualmente con l’aumento dell’altezza degli anelli. Il vantaggio delle cupole Zimmerman rispetto alle cupole Schwedler e alle cupole a rete è che agli angoli della parte inferiore si formano solo forze verticali, mentre le forze orizzontali provenienti dal vento vengono ricevute dal centro delle pareti in direzione longitudinale (fig. 3).

            - Cupole slick o a piastre, in cui, come nelle mesh, tutte le singole superfici sono triangolari, mentre il metodo di supporto è simile a quello delle cupole Zimmerman (fig. 4).

            - Tetti a tenda, dove le nervature sono rettilinee (fig. 5).

Fig. 1, 2, 3, 4 rispettivamente

Fig. 5

2. Palazzetti dello sport. La costruzione dei palazzetti dello sport è determinata dalla forma dell’arena e dalla disposizione dei posti a sedere. Vengono evitati i pilastri, in modo che gli osservatori abbiano una visione chiara dell’intero interno.

3. Sale espositive. Nel caso delle sale espositive viene utilizzata una base rettangolare, in modo che la disposizione degli elementi di fissaggio sia la più semplice. Talvolta sono previste colonne interne, ma si ha maggiore libertà nella distribuzione degli spazi se nell’atrio non sono presenti colonne.

4. Sale dei laboratori. Il progetto di una struttura in acciaio per un capannone di officina nasce dalla collaborazione di un esperto operativo, un progettista di gru e un progettista di strutture in acciaio. Lo specialista degli azionamenti determina le dimensioni del basamento e la spaziatura delle colonne in base alla disposizione delle macchine e al piano di lavoro. Determina anche il riempimento delle pareti, la copertura del tetto e le modalità di fondazione, secondo il parere degli esperti edili. Il progettista della gru determina i pesi propri dei carrelli e delle gru, le distanze delle ruote e le pressioni delle ruote più sfavorevoli. Sulla base dei dati dell’esperto operativo e del progettista della gru, il progettista della struttura in acciaio determina la struttura portante del capannone. I supporti della gru dovrebbero essere il più rigidi possibile e, se necessario, progettati con una sporgenza, in modo che quando passa una gru con carico pesante, la rotaia della gru abbia una posizione orizzontale e quindi si possa scegliere un motore della gru relativamente piccolo.

5, Sale a forma di sega. I padiglioni a forma di sega vengono generalmente realizzati quando è richiesta un’illuminazione uniforme e si vuole evitare la penetrazione diretta della luce solare all’interno del capannone. Ciò è particolarmente importante nei capannoni di produzione e nei magazzini dell’industria tessile. I tetti segati hanno superfici vetrate nude da 60o a 90o, mentre la pendenza della superficie massiccia è 30o. La superficie vetrata è posta sul lato dove non c’è il sole, cioè verso nord. Durante la progettazione dei tetti segati, si dovrebbe tenere conto di tutta una serie di problemi, la cui soluzione è l’autorevole opinione dell’investitore, vale a dire: la copertura del tetto può essere realizzata con piastre di montaggio leggere o tegole su una base di legno, gli elementi di fissaggio segati possono essere reticoli (fig. 6), telai con tre giunti (fig. 7) o telai su due giunti con tensione (sl 8). La soluzione a reticolo ha il peso minimo, ma ha lo svantaggio che il reticolo si attacca, ad es. nell’industria tessile trattengono i pelucchi di lana. Se l’obiettivo è quello di avere meno colonne possibile all’interno dell’edificio, si può applicare una soluzione con griglie ad ampia campata su entrambi i piani del tetto, che si sostengono a vicenda e sono sostenute alle estremità su supporti a griglia.

Fig. 6

Fig. 7

Sl. 8

Strutture per rimesse barche

Le costruzioni sopra il pianerottolo trasportano le gru girevoli sospese. Vengono utilizzati per il grezzo assemblaggio di imbarcazioni per il traffico marittimo e fluviale. Le gru ad alta rotazione e le gru a fune competono con queste costruzioni. Nella fig. 9 mostra la struttura sullo scalo di alaggio del Nordseewerke Emden. Peso 3000 t, costruito 1912.

Fig. 9

Costruzioni scheletriche in acciaio

La costruzione a scheletro in acciaio è una struttura a più piani, le cui colonne, supporti e travi in acciaio trasferiscono alla fondazione i carichi derivanti dal peso proprio di altri materiali, nonché i carichi utili. Le pareti esterne ed interne servono solo a racchiudere lo spazio. Oltre al proprio peso e al carico utile, lo scheletro in acciaio riceve anche la pressione del vento sull’edificio, nelle direzioni longitudinale e trasversale.

Le costruzioni scheletriche generalmente hanno una forma tale che colonne e travi formano telai trasversali. Questi telai hanno all’incirca la stessa distanza tra loro nella direzione longitudinale dell’edificio e sono collegati da supporti longitudinali. I telai possono avere due o tre montanti. I collegamenti della sottostruttura alle colonne possono essere rigidi o incernierati.

Per irrigidire longitudinalmente l’edificio, nei campi privi di finestre vengono posizionati giunti verticali (fig. 10), oppure tutti i supporti delle pareti esterne vengono rigidamente collegati alle colonne in modo da creare una struttura a telaio con numerosi nodi (fig. 11).

Fig. 10

Fig. 11

La scelta dei materiali per soffitti, pareti interne ed esterne è di importanza decisiva per l’economia e l’opportunità della soluzione. Tali materiali devono avere un effetto isolante termico e acustico, devono essere leggeri e resistenti agli agenti atmosferici, devono proteggere le pareti in acciaio dal fuoco, dalla ruggine e dalla condensa. I solai sono realizzati in calcestruzzo con armatura ordinaria o incrociata oppure con elementi prefabbricati in calcestruzzo.

Le possibilità di applicare costruzioni a scheletro in acciaio sono molto diverse. Sono utilizzati nella costruzione di grattacieli e edifici commerciali, hotel e molti impianti industriali e presentano molti vantaggi rispetto ad altri metodi di costruzione. L’elevata resistenza dell’acciaio porta a dimensioni relativamente piccole degli elementi di supporto. Poiché le pareti qui non partecipano al trasporto del carico, possono avere lo stesso spessore su tutti i piani. Il tempo necessario per la costruzione dello scheletro in acciaio è breve, il montaggio può essere effettuato con qualsiasi condizione atmosferica. Le modifiche alla struttura possono essere facilmente implementate durante il montaggio e anche dopo la presa in consegna dell’edificio, senza mettere a repentaglio la sicurezza dell’edificio. Il cedimento del terreno può essere facilmente compensato sollevando le colonne senza interrompere il funzionamento dell’edificio stesso.

In tali costruzioni, vengono utilizzati materiali leggeri per soffitti e pareti e anche la struttura portante stessa è leggera, quindi il peso proprio totale dell’edificio è relativamente piccolo. Di conseguenza, il costo del finanziamento è basso. Possono essere facilmente smontati, per cui le singole parti in acciaio possono essere parzialmente riutilizzate.

Alti pilastri e torri

Le colonne e le torri alte sono strutture alte e snelle, con carichi relativamente leggeri, per le quali l’acciaio è un materiale particolarmente adatto.

1. Pali di illuminazione. Per garantire un’illuminazione uniforme delle aree più grandi possibili, soprattutto nell’area degli impianti ferroviari e delle miniere, vengono erette colonne di altezza da 25 a 40m. Nella parte superiore è presente una piattaforma su cui sono posizionati gli impianti di illuminazione. Per consentire la riparazione di tali installazioni, sono previste strutture per arrampicata (fig. 12), le cinture angolari, le diagonali e le orizzontali sono costituite da angoli. Il calcolo viene effettuato come per le strutture in edilizia.

Fig. 12

2. Pali per la rete tranviaria. Considerando il modo di tensionamento della fune portante, è richiesta uguale resistenza alla flessione rispetto a tutti gli assi orizzontali. A seconda dell’altezza, lo spessore della lamiera varia da 8 a 10 mm.

3. Pali per la rete ferroviaria elettrica. Variano in altezza da 8 a 16 m. L’altezza dipende dalla campata, e quindi dalla freccia della fune portante, che può trovarsi verticalmente o obliquamente rispetto al conduttore (fig. 12). La sezione, rettangolare in basso e quadrata in alto, dovrebbe essere la più piccola possibile. È utile legare le diagonali dagli angoli direttamente alle cinture, senza fogli annodati. Ciascun nastro angolare ha una piastra portante all’estremità inferiore e l’intera colonna poggia su una base comune per tutti e quattro i nastri. La colonna è fissata alla fondazione con bulloni di ancoraggio in cemento.

4. Pali della linea elettrica. Nel caso di importanti linee di trasmissione ad alta tensione, i pali sono realizzati quasi esclusivamente in acciaio. La loro altezza dipende dalla luce libera, dalla disposizione delle mensole, dei materiali e delle tensioni ammesse, dei conduttori e della fune di protezione sul palo, nonché dalle condizioni di carico. Incide anche il numero dei sistemi di corrente alternata che vengono trasmessi attraverso i poli. A seconda dello scopo, si distinguono i seguenti tipi di pali: pali di supporto per il trasporto dei conduttori nella direzione (fig. 13), pali d’angolo con punti di interruzione del percorso per ricevere componenti orizzontali del conduttore, pali di tensione (fig. 13), pali di collegamento o divisi utilizzati per il collegamento o per dividere il conduttore in varie direzioni.

Fig. 13

La colonna ha quasi sempre una sezione quadrata ed è composta da più parti in altezza. Cinture e diagonali sono realizzate da angoli. Per aumentare la resistenza alla flessione, i nastri vengono parzialmente riempiti di cemento dopo l’assemblaggio. Il collegamento delle diagonali e delle cinture viene realizzato, se strutturalmente possibile, senza lamiere nodali. Le colonne più piccole, in particolare quelle portanti, sono ancorate a traversine di legno interrate 3 m. Le colonne alte sono posizionate esclusivamente su una fondazione in blocchi di cemento.

Miniere

Per gli impianti minerari di superficie vengono applicati termini professionali, i più importanti dei quali sono spiegati in fig. 14. La parte principale della torre di esportazione della miniera è la torre di guida. L’altezza della torre dipende dall’altezza della piattaforma d’ingresso sopra il campo, dalla lunghezza del canestro, dalla lunghezza del passaggio, dall’altezza del paraurti e dall’altezza di caduta tra il paraurti e le impugnature.

Fig. 14.1.

Fig. 14.2.

Nel corso degli anni sono state sviluppate alcune forme di torri di esportazione, a seconda della posizione della macchina motrice rispetto alla torre. Se durante la guida semplice, cioè quando c’è un cestello che sale e uno che scende, i cesti sono appesi uno accanto all’altro, visti dal lato della macchina motrice, allora entrambi i rulli possono giacere uno accanto all’altro sulla stessa piattaforma, e quindi la torre è a un piano. Nella fig. 15 mostra una soluzione con quattro rulli uno accanto all’altro.

Fig. 15

Se i cestini sono appesi uno dietro l’altro, i rulli devono trovarsi uno sopra l’altro in modo che sia una torre a due piani (fig. 16). E con la doppia torre, quando quattro cesti si trovano uno accanto all’altro. visti dalla macchina motrice, tutti e quattro i rulli possono giacere fianco a fianco su una torre a un piano (fig. 15).

Se, tuttavia, guardando dalla macchina, si posizionano quattro cestelli uno dietro l’altro, una macchina deve essere posizionata sui lati opposti della torre e la torre viene risolta come una costruzione a due piani con la parte inferiore allargata (fig. 17). Solo quando non c’è abbastanza spazio vicino al pozzo per posizionare la sala macchine accanto alla torre, la macchina motrice viene posizionata sulla torre stessa.

Oltre alle torri di esportazione, le strutture di superficie della miniera possono comprendere capannoni con pozzi e locali di lavaggio dove viene lavorato il carbone. La progettazione di queste strutture richiede la collaborazione del progettista della struttura in acciaio con l’azienda fornitrice delle attrezzature. In linea di principio, questi oggetti non differiscono dalle altre strutture in acciaio, tranne che richiedono un costante adattamento della struttura alle attrezzature meccaniche. In un capannone di un’officina, ad esempio, si può considerare che tutti i telai siano uguali, il che, tuttavia, è raro in un capannone di miniera o in una lavanderia.

Fig. 16

Fig. 17

Costruzioni di tubi

Il tubo ha la sezione trasversale più favorevole per un’asta pressata, che è ugualmente supportata in tutte le direzioni. Inoltre, con i tubi è possibile ottenere lo spessore minimo della parete. In tutte le altre sezioni tale spessore è più limitato dall’instabilità locale che nel caso di un tubo cilindrico. I tubi sono particolarmente insensibili al rischio di torsione, cosa che non avviene con altre sezioni di strutture in acciaio. Oltre a questi vantaggi statici dei tubi, il loro svantaggio è una forma sfavorevole per ricevere momenti flettenti, nonché la difficile connessione di tubi più spessi ad angolo.

I tubi possono essere realizzati sia da lamiere piegate con una cucitura longitudinale saldata, sia come rotoli senza saldatura. In entrambi i casi il prezzo del tubo è superiore al prezzo del profilo, considerate le difficoltà di realizzazione. Per questi motivi le costruzioni di tubi sono competitive solo con una corrispondente riduzione del peso del materiale. I tubi vengono utilizzati soprattutto come pilastri degli edifici, se vengono caricati solo con forze normali. I tubi vengono utilizzati anche per pilastri di sottopassi e strutture sotterranee. Ora vengono spesso utilizzati per realizzare impalcature. Per prevenire la corrosione interna, tutte le prolunghe e i collegamenti, nonché i tubi terminali, devono essere completamente sigillati.

Nota applicativa: Esempi storici, dimensioni, tipologie e affermazioni di economia o convenienza del sistema non devono essere utilizzati come sostituti degli standard attuali, delle condizioni del sito, delle caratteristiche tecniche dei materiali e delle attrezzature o della verifica di esperti di costruzioni specifiche.