Nel progetto usuale per carichi statici, il dimensionamento delle connessioni nei telai in cemento armato non è generalmente critico e quindi di norma non richiesto. Tuttavia, l'azione sismica produce tensioni molto elevate nel volume limitato del nodo, rendendo le connessioni trave-colonna di grande importanza per la sicurezza sismica dei telai in cemento armato.
Meccanismo di cedimento
L'illustrazione a) nella figura seguente mostra le forze agenti provenienti dall'azione sismica su un nodo di collegamento trave-colonna interno.
Le illustrazioni b) e c) mostrano per l'area del nodo il meccanismo di trasferimento del carico di taglio. Questo può essere diviso in due componenti. Nel primo meccanismo b), il meccanismo di compressione diagonale, la forza di taglio di giunzione si concentra su uno strut di compressione diagonale del calcestruzzo. L'armatura trasversale fornisce un incamiciamento del calcestruzzo che consente una maggiore deformabilità dello strut, ma solo fino al raggiungimento dello snervamento dell'acciaio. Nel secondo meccanismo c), il meccanismo reticolare, la parte della forza di taglio dovuta alla tensione di aderenza lungo l'armatura longitudinale all'interno dell'area del nodo è in equilibrio con un meccanismo reticolare costituito da strut di compressione del calcestruzzo e armatura di staffe verticali e orizzontali dell'area del nodo. La capacità di taglio risulta dalla somma delle componenti di forza di taglio secondo questi due meccanismi.
Nodi di connessione trave-colonna interni ed esterni
Poiché il comportamento sismico delle connessioni trave-colonna è principalmente influenzato dalla loro posizione nel telaio spaziale (tridimensionale) in cemento armato, è necessaria la distinzione tra i nodi interni e esterni.
La seguente immagine illustra i tipi di nodi sismici.
Determinazione della forza di taglio orizzontale Vjdh sul nucleo del calcestruzzo del nodo
Determinazione richiesta per DCH
All'interno della connessione trave-colonna si verifica un salto nel diagramma dei momenti delle colonne. Il nucleo del calcestruzzo della connessione è quindi soggetto a elevate tensioni di taglio. Questo comportamento è mostrato nella figura seguente.
Per determinare la forza di taglio orizzontale che agisce sul nucleo della connessione tra le travi primarie e le colonne, devono essere considerate le condizioni più sfavorevoli in caso di azione sismica. Ciò significa che le capacità delle travi della connessione devono essere combinate con i valori più bassi delle forze di taglio negli altri elementi del telaio. La forza di taglio orizzontale agente Vjdh può quindi essere determinata secondo EC8, 5.5.2.3 (1) a (3) con le seguenti formule di calcolo.
- Per i 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 i 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 |
Durante la determinazione della forza di taglio orizzontale Vjdh devono essere verificate tutte le direzioni rilevanti. Quindi per la forza di taglio, ad esempio, nella direzione y della colonna, vengono determinate sia la forza di taglio orizzontale positiva che negativa, utilizzando i componenti di armatura pertinenti. L'equilibrio delle forze nelle direzioni positiva e negativa della forza di taglio orizzontale del nodo è mostrato nella figura seguente (le forze di taglio delle colonne non sono rappresentate).
Dimensionamento
È richiesto, secondo EC 8, il controllo della connessione per la classe di duttilità DCH. Per questo è necessario verificare la sezione per il trasferimento della compressione diagonale e della trazione diagonale. Devono essere rispettate le regole costruttive sia per la classe di duttilità alta (DCH) che per la classe di duttilità media (DCM).
Verifica della compressione diagonale
Verifica richiesta per DCH
Si deve garantire che la compressione diagonale che si produce nel nodo non superi la resistenza a compressione del calcestruzzo in presenza di tensioni di tiro trasversale. La compressione diagonale risulta dal meccanismo dello strut diagonale del nodo. La verifica può essere effettuata con 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 efficace del nodo bj
La larghezza efficace del nodo bj può essere calcolata con la seguente equazione descritta. (EN 1998-1, 2013, sezione 5.5.3.3, (5.34a) e (5.34b))
È necessario determinare la larghezza efficace del nodo in entrambe le direzioni (y e z) della colonna, verificando se applicabile entrambi i lati delle travi (+y e -y e +z e -z) del nodo.
Verifica della trazione diagonale
Verifica richiesta per DCH
Regole costruttive
Da osservare per DCM e DCH
Armatura di incamiciamento orizzontale L'armatura di incamiciamento orizzontale nei nodi delle travi principali soggette a forze sismiche e nelle colonne non deve essere inferiore all'armatura di staffe nelle aree critiche delle colonne, ovvero l'incamiciamento deve essere eseguito attraverso il nodo.
Armatura longitudinale Su ogni lato deve essere previsto almeno un ferro verticale intermedio.