I calcoli manuali, i fogli di calcolo e i software di elementi finiti lineari non riescono a descrivere in modo accurato questo comportamento non lineare. I chiodi subiscono uno scorrimento e alla fine raggiungono lo snervamento prima che il rivestimento o l’ossatura raggiungano la capacità, il che influisce su una parte significativa della rigidezza e dell’inflessione della parete di taglio.
Con le capacità non lineari di RFEM 6, il modello genera automaticamente una cerniera lineare non lineare tra la superficie del rivestimento e gli elementi dell’ossatura in base al comportamento carico-scorrimento delle connessioni indicato nella SDPWS 2021. La progettazione delle connessioni è il passo successivo, eseguito nel componente aggiuntivo Timber Design per garantire una capacità adeguata tra montante e rivestimento della parete di taglio.
L’equazione di scorrimento delle connessioni della SDPWS
La Tabella C4.2.3D [1] fornisce la relazione carico-scorrimento per le dimensioni comuni di chiodi (6d, 8d, 10d) nei pannelli di rivestimento in legno strutturale. Per ciascuna dimensione, la tabella fornisce:
- Un carico massimo della connessione, Vₙ (lb/connessione), al quale la connessione inizia a snervarsi
- Un’equazione di scorrimento, eₙ, in funzione del carico della connessione
Gli esponenti nelle equazioni di scorrimento delle connessioni indicano che il collegamento si irrigidisce e si ammorbidisce in modo non lineare al netto avvicinarsi allo snervamento. Questo comportamento duttile per le pareti di taglio è necessario per eventi laterali come eventi sismici o vento.
Facendo riferimento alla SDPWS, questo comportamento di scorrimento è considerato solo lungo la lunghezza del montante nella direzione longitudinale. Lo scorrimento non lineare può essere applicato anche nella direzione trasversale, ma ciò non è esplicitamente menzionato nella norma. Esiste inoltre un’equazione separata per le connessioni installate in legname verde rispetto a legname secco, così come un aumento del 20% dello scorrimento per rivestimenti di qualità non strutturale. Queste impostazioni opzionali sono incluse in RFEM 6 durante la definizione dei collegamenti tra rivestimento e trave della parete di taglio, come mostrato nell’immagine seguente.
Verifica della curva carico-scorrimento in RFEM 6
Si presume che una parete di taglio in legno modellata in RFEM 6 includa chiodi comuni 8d con interasse di 6 pollici (2 connessioni/ft), rivestimento di grado strutturale I e legname secco. Facendo riferimento alla Tabella C4.2.3D [1], il carico massimo di snervamento è 220 lb/connessione e l’equazione di scorrimento per legname secco è:
eₙ = (Vₙ/616)3.018 (in)
RFEM 6 genera automaticamente una cerniera lineare non lineare tra i montanti e il rivestimento con 10 punti intermedi, come mostrato nell’immagine seguente.
Le coordinate e la pendenza dei punti 9 e 10 del diagramma sono verificate ulteriormente per garantire la corretta applicazione dell’equazione di scorrimento della connessione della Tabella C4.2.3D [1].
Forza distribuita del punto 10 (n) a 220 lb/connessione (snervamento):
n₂₂₀ = (220 lb/connessione)(2 connessioni/ft)(1 ft/12 in) = 36.667 lb/in
Scorrimento corrispondente del punto 10 (u):
uₓ,₂₂₀ = (220/616)3.018 = 0.0447 in
Forza distribuita del punto 9 (n) a 198 lb/connessione (90% dello snervamento):
n₁₉₈ = (198 lb/connessione)(2 connessioni/ft)(1 ft/12 in) = 33.0 lb/in
Scorrimento corrispondente del punto 9 (u):
uₓ,₁₉₈ = (198/616)3.018 = 0.0325 in
Pendenza (rigidezza della molla) tra i punti 9 e 10:
Cᵤ,ₓ = (36.667 − 33.0)/(0.0447 − 0.0325) ≈ 301 lb/in²
Gli stessi calcoli sono applicati direttamente lungo la curva carico-scorrimento multipunto della Tabella C4.2.3D [1]. Il modello descrive il comportamento non lineare del collegamento nell’intero intervallo di carico. Questo sostituisce l’approccio manuale, in cui lo scorrimento dei chiodi viene ignorato, considerato lineare o applicato come unico termine empirico di inflessione alla fine di un calcolo manuale, senza visibilità su come la rigidezza varia con il carico o su come lo scorrimento ridistribuisce le forze tra i pannelli.
Progettazione delle connessioni in base alla capacità nominale di taglio unitario
Lo scorrimento non lineare delle connessioni influenza direttamente l’analisi della parete di taglio in RFEM 6. La progettazione delle connessioni è il passo successivo, eseguito nel componente aggiuntivo Timber Design. Le disposizioni di progettazione della Tabella 4.3A della SDPWS 2021 forniscono la capacità nominale (vₙ), influenzata da:
- Materiale del rivestimento e spessore nominale minimo (5/16 in, 3/8 in, 7/16 in, 15/32 in, ecc.)
- Tipo e dimensione della connessione (chiodo comune 6d, 8d, 10d)
- Interasse dei chiodi sul bordo del pannello (6, 4, 3 o 2 in)
Una parete di taglio modellata in RFEM 6 consente l’inserimento delle variabili sopra indicate che possono trovarsi al di fuori dei valori tabulati. Pertanto, nel componente aggiuntivo Timber Design vengono applicate le seguenti ipotesi per questi casi:
- Uno spessore del pannello inferiore al minimo tabulato costituisce un errore di progettazione. Uno spessore superiore al valore tabulato viene arrotondato per difetto senza assumere capacità aggiuntiva (ad esempio, 19/32 in fa riferimento alla riga 15/32 in).
- L’interasse dei chiodi è tabulato solo a 6, 4, 3 e 2 in. Un interasse compreso tra questi valori viene arrotondato per difetto al valore più conservativo (ad esempio, 3.5 in fa riferimento a 3 in). Un valore superiore a 6 in costituisce un errore di progettazione; un valore inferiore a 2 in è limitato alla riga di 2 in.
Le note a piè di pagina della tabella che modificano le capacità per specie legnose specifiche dell’ossatura, grado del pannello e altre condizioni sono considerate automaticamente nella progettazione delle connessioni.
La progettazione completa delle connessioni è riportata sotto la verifica di progetto UL7100, come mostrato di seguito. Il taglio ammissibile rispetto alla domanda è fornito come tasso di lavoro con equazioni dettagliate di verifica, riferimenti normativi e un output dati trasparente.
Dai controlli manuali alla progettazione basata su FEA
La curva carico-scorrimento e le verifiche di capacità chiudono un ciclo che in precedenza richiedeva calcoli manuali separati a ogni passo o ipotesi lineari meno accurate. La cerniera lineare non lineare di RFEM 6 determina il modo in cui il modello si deforma sotto carico, descrivendo lo scorrimento dei chiodi dei pannelli come una delle quattro fonti di inflessione della SDPWS. Il componente aggiuntivo Timber Design verifica in modo indipendente la resistenza delle connessioni rispetto alla domanda di taglio in tutte le posizioni delle connessioni, per garantire una progettazione sicura e accurata.
Per ulteriori informazioni su questo argomento, fare riferimento al webinar | 2024 NDS / 2021 SDPWS Timber Shear Wall Design in RFEM 6 collegato di seguito.