EN 1998
Nel dimensionamento usuale per carichi statici, la progettazione dei collegamenti nei telai in cemento armato non è critica e, pertanto, generalmente non è richiesta. Tuttavia, le azioni sismiche generano tensioni molto elevate nel volume limitato del nodo, rendendo i collegamenti trave-colonna di importanza cruciale per la sicurezza sismica dei telai in cemento armato.
Meccanismo di cedimento
La rappresentazione a) della figura seguente mostra le forze agenti su un nodo di collegamento trave-colonna interno a causa delle sollecitazioni sismiche.
Le rappresentazioni b) e c) mostrano, per l'area del nodo, il meccanismo di trasferimento del carico di taglio. Questo può essere suddiviso in due componenti.
Nel primo meccanismo b), il meccanismo delle bielle compresse, la forza di taglio del giunto è concentrata in una biella di compressione diagonale del calcestruzzo. L'armatura trasversale garantisce un confinamento del calcestruzzo che permette una maggiore deformabilità della biella, ma solo fino al raggiungimento del limite di snervamento dell'acciaio.
Nel secondo meccanismo c), il meccanismo reticolare, la parte della forza di taglio dovuta alla tensione di adesione lungo l'armatura longitudinale all'interno dell'area del nodo è in equilibrio con un meccanismo reticolare costituito da bielle compresse di calcestruzzo e staffe di armatura verticali e orizzontali nell'area del nodo.
La capacità portante al taglio è data dalla somma delle componenti delle forze di taglio secondo questi due meccanismi.
Collegamenti interni ed esterni trave-colonna
Poiché il comportamento sismico dei collegamenti trave-colonna è significativamente influenzato dalla loro posizione nel telaio in cemento armato tridimensionale, è necessario distinguere tra i nodi interni ed esterni.
L’immagine seguente illustra i tipi di nodi sismici.
Determinazione della forza orizzontale di taglio Vjdh sul nucleo di calcestruzzo del nodo
Determinazione necessaria per DCH
All'interno del collegamento trave-colonna vi è un salto nella distribuzione dei momenti nelle colonne. Pertanto, il nucleo di calcestruzzo del collegamento è soggetto a sollecitazioni di taglio molto elevate, come mostrato nella figura seguente.
Per determinare la forza orizzontale di taglio che agisce sul nucleo del collegamento tra travi primarie e colonne, devono essere considerate le condizioni più sfavorevoli durante l’azione sismica. Ciò significa, ad esempio, che le capacità delle travi del collegamento devono essere combinate con i valori più bassi delle forze di taglio negli altri elementi del telaio.
La forza orizzontale di taglio agente Vjdh può essere determinata conformemente a EC8, 5.5.2.3 (1) fino a (3) con le seguenti formule di calcolo.
- Per nodi interni secondo (5.22)
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As1 |
Area of Beam Longitudinal Reinforcement in Beam 1 |
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As2 |
Area degli armatura longitudinali della trave 2 |
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VC |
Taglio nel pilastro sopra il nodo 1 nella situazione di progetto sismico |
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yRd |
Coefficiente per tener conto della sovraresistenza; non deve essere inferiore a 1,2 |
- Per nodi esterni secondo (5.23)
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As1 |
Area for Beam Longitudinal Reinforcement |
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VC |
Taglio nel pilastro sopra il nodo j nella situazione sismica |
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yRd |
Coefficiente dell'incremento della resistenza della struttura. Non dovrebbe essere inferiore a 1,2 |
Nel processo di determinazione della forza orizzontale di taglio Vjdh, devono essere verificate tutte le direzioni rilevanti. Pertanto, per la forza di taglio nella direzione ad esempio y della colonna, la forza orizzontale di taglio positiva e negativa viene determinata considerando i componenti di armatura associati. L'equilibrio delle forze della direzione positiva e negativa della forza di taglio orizzontale del nodo è mostrato nell'immagine seguente (mentre la forza di taglio della colonna non è rappresentata).
Progettazione
Una verifica del collegamento è richiesta secondo EC 8 per la classe di duttilità DCH. Per questo è necessaria la verifica della sezione per il trasferimento della compressione diagonale e della trazione diagonale.
Devono essere rispettate le regole costruttive sia per la classe di duttilità elevata (DCH) che per la classe di duttilità media (DCM).
Verifica della compressione diagonale
Verifica necessaria per DCH
È necessario assicurarsi che la compressione diagonale nel nodo non superi la resistenza a compressione del calcestruzzo in presenza di tensioni di trazione trasversali. La compressione diagonale deriva dal meccanismo delle bielle compresse del nodo.
La verifica può essere effettuata utilizzando le equazioni riassunte di seguito. (EN 1998-1, 2013, Sezione 5.5.3.3, (5.33))
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bj |
Larghezza efficace della colonna |
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Vjdh |
Forza di taglio orizzontale che agisce sul nucleo di calcestruzzo dei nodi |
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Fattore di riduzione delle tensioni di trazione trasversali |
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Valore correlato della forza assiale in una situazione sismica |
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hjc |
Distanza tra i rispettivi strati esterni dell'armatura del pilastro |
Larghezza del nodo attiva bj
La larghezza del nodo attiva bj può essere calcolata con l'equazione descritta di seguito. (EN 1998-1, 2013, Sezione 5.5.3.3, (5.34a) e (5.34b))
Qui, è necessario determinare le larghezze dei nodi attive in entrambe le direzioni (y e z) della colonna verificando eventualmente entrambe le travi (+y e -y e +z e -z) del nodo.
Verifica della trazione diagonale
Verifica necessaria per DCH
Regole costruttive
Da osservare per DCM e DCH
Armatura di confinamento orizzontale
L'armatura di confinamento orizzontale nei nodi di travi e colonne soggette a significativo carico sismico non deve essere inferiore all'armatura delle staffe nelle aree critiche delle colonne, cioè il rinforzo deve essere esteso attraverso il nodo.
Armatura longitudinale
Su ogni lato deve essere previsto almeno un tondino verticale intermedio.