Il cedimento differenziale tra il nucleo centrale e i pilastri perimetrali è un aspetto progettuale critico quando si tratta di edifici alti di 40 o più piani. Questi effetti possono persino comportare modifiche progettuali, come l'aumento delle dimensioni dei pilastri o l'aggiunta di outrigger.
Un modo efficace per mitigare il cedimento dei pilastri è considerare il contributo dell'armatura longitudinale. Questo approccio non è costoso, poiché l'armatura è già presente. Certamente, possiamo aggiungere ulteriore armatura per ridurre ulteriormente il cedimento dei pilastri.
Ma come viene gestito questo nei software di analisi strutturale comunemente utilizzati? Innanzitutto, dovremmo comprendere i meccanismi del cedimento dei pilastri:
- Il cedimento dei pilastri nelle strutture in calcestruzzo armato può essere attribuito a due componenti principali: deformazioni elastiche e anelastiche. Il cedimento elastico si verifica immediatamente all'applicazione del carico ed è governato dalla rigidezza assiale degli elementi strutturali, che dipende sia dalle proprietà del materiale sia dalle dimensioni della sezione trasversale.
- Al contrario, il cedimento anelastico (o dipendente dal tempo) si sviluppa gradualmente nel tempo a causa degli effetti di viscosità e ritiro nel calcestruzzo. Questi fenomeni portano a una riduzione progressiva della rigidezza effettiva dei pilastri, con conseguente deformazione verticale aggiuntiva anche sotto carico sostenuto.
Vediamo come questi effetti vengono considerati nei comuni software FEM.
Approccio ETABS
L'armatura non viene considerata nel calcolo della rigidezza assiale dei pilastri, ma viene considerato l'impatto dell'armatura sui parametri di viscosità del calcestruzzo. In altre parole, ETABS considera l'impatto dell'armatura sulla parte anelastica del cedimento dei pilastri (vedi figura sotto) ma trascura la parte elastica.
Approccio RFEM
Dlubal offre un approccio generale consentendo agli utenti di considerare l'armatura nel calcolo della rigidezza dell'asta (vedi figura sotto) in RFEM 6. I pilastri vengono trattati come sezioni composte (calcestruzzo + armatura) durante l'analisi. Pertanto, viene tenuto conto dell'impatto dell'armatura su entrambe le componenti, elastica e anelastica, del cedimento dei pilastri.
Esempio
Per illustrare come ciascun software gestisce il cedimento dei pilastri e per mostrare l'impatto dell'armatura, viene presentato un esempio numerico.
Vengono considerati i seguenti parametri:
- Dimensioni pilastro: 1,0 m × 1,0 m
- Lunghezza: 10,0 m
- Calcestruzzo: C30/37
- Armatura: 36T32 (2,89%)
- Carico: 10.000 kN
Risultati
1) Innanzitutto, viene eseguita un'analisi elastica in entrambi i software per garantire che vengano considerati gli stessi parametri. Troviamo esattamente lo stesso cedimento in entrambi i software (3,03 mm).
2) In secondo luogo, vengono eseguite analisi anelastiche, tenendo conto di viscosità e ritiro nel calcestruzzo senza armatura. Vediamo che otteniamo esattamente gli stessi risultati (16,74 mm).
3) Infine, l'armatura viene considerata nell'analisi anelastica. Come previsto, ETABS sovrastima la deformazione assiale perché non considera l'armatura nella rigidezza dell'asta come fa RFEM. La differenza tra i risultati è di circa il 56%, sottolineando l'importanza di considerare l'armatura nella stima della viscosità e nella rigidezza elastica degli elementi.
| Tipo di analisi | ETABS | RFEM |
| Analisi elastica senza armatura | 3,03 mm | 3,03 mm |
| Analisi anelastica (viscosità + ritiro) senza armatura | 16,74 mm | 6,74 mm |
| Analisi anelastica (viscosità + ritiro) con armatura | 14,64 mm | 9,38 mm |
Annotazioni
Potrebbe essere possibile trovare un metodo approssimato in ETABS per considerare l'armatura nella stima della rigidezza assiale degli elementi modificando i modificatori di rigidezza. Tuttavia, non è così pratico rispetto a RFEM, che offre un approccio più accurato e diretto.
È possibile considerare la rigidezza assiale dell'armatura definendo una sezione composta equivalente in ETABS. Poiché ritiro e viscosità non vengono presi in considerazione durante l'analisi, ETABS non può considerare la deformazione anelastica in tal caso.