RETROFIT OF HISTORICAL MONUMENTS AND PRINCIPLES OF … · CNR 10018/99 e le descrizioni dei...
Transcript of RETROFIT OF HISTORICAL MONUMENTS AND PRINCIPLES OF … · CNR 10018/99 e le descrizioni dei...
Prof. Antonello De LucaProfessor of Structural Engineering
RETROFIT OF HISTORICAL MONUMENTS AND PRINCIPLES OF BASE ISOLATION (B.I.S.)
University of Naples "Federico II"Department of Structural Analysis and Design
Lessons: 33 & 34 _ May 16, 2006
Design Example of Base Isolation System (B.I.S.)
Design of rubber bearings
PARAMETRI DI PROGETTO:N°=16σ=60 kg/cm2
G=4 kg/cm2
S1>20S2>3
Iterazione:10
RISULTATO: T=3.1s
SCHEMA DEL SISTEMA DI ISOLAMENTO
φ 600
S1=20
S2=3
te= 200 mmti= 7,5 mmH= 290 mmts= 2 mm
n°strati= 27piatti= 20 mm
Soluzione finaleSoluzione finale
ISOLATORE HDS IMPIEGATO - Φ600mm – G= 4kg/cm2
φ 600
SEZIONE DEL DISPOSITIVO PIANTA
PIASTRE TERMINALI STRATI DI ELASTOMERO E ACCIAIO
Appoggio in acciaio teflon con elastomero incapsulato multidirezionale
La progettazione così come la realizzazione degli apparecchi d’appoggio rispecchiano le norme CNR 10018/99 e le descrizioni dei capitolati ANAS e Autostrade. L’appoggio è costituito principalmente dalle seguenti parti tra loro assemblate:• Piastra di base d’acciaio S275JR per il contenimento di:• Disco elastomerico in neoprene;• Anello in bronzo per la tenuta anti estrusione dell’elastomero;• Disco di contenimento con guarnizioni cilindriche al nitrile radiale e frontale con funzione di anti polvere;• Disco in Teflon (PTFE Politetrafluoretilene);• Lamierino d’acciaio inox X5CrNiMo1712 applicato alla piastra superiore;• Piastra superiore d’acciaio S275JR con eventuale centraggio e fresatura in funzione di pendenze presenti nella struttura.
consente una qualsiasi traslazione relativa
Il contatto, e quindi il movimento reciproco di scorrimento, avviene tra una lastra di acciaio inossidabile lucidato, e quindi con bassa rugosità superficiale, solidale alla sovrastruttura, ed un disco in teflon nicchiato, con interposta un’opportuna pasta anti-frizione, solidale alla sottostruttura.
Appoggio in acciaio teflon con elastomero incapsulato multidirezionale
CONFIGURAZIONE FINALE: 16 ISOLATORI
8 SCIVOLATORI IN TEFLON
Gdin=4 kg/cmq
PROGETTO STRUTTURALE
1)Progetto struttura in elevazione
Taglio filtrato = K x d
Importanza progetto secondo spostamento
2) Modellazione
Semplice:
Spettro elastico senza riduzione !
Spettro modificato al periodo di isolamento per tenere conto dello smorzamento (segue analisi modale)
Modellazione piu’ raffinata:
Modello completo con molle al piede e smorzatori al piede
RISULTATI DELL’ANALISI DINAMICA MODALE
1/300
1/4500005,0<=r
rr h
δΨ
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,80,
010,
220,
430,
640,
851,
061,
271,
481,
69 1,9
2,11
2,32
2,53
2,74
2,95
3,16
3,37
3,58
3,79 4
T
Sd
Tis=3,12 Sd=0,0605Sd=0,193
Sd=0,14
Design spectra First category zoneag=0,35% smorz.strutt.elev.= 5%ξeis= 10%
BI q'=1,5F.B.H.D. q''=5,85F.B.L.D. q'''=4,10
TAGLI FILTRATI DALLA STRUTTURA
0,055
0,131
0,060
0,135
0,00 0,05 0,10 0,1
Tagli da spettro
Tagli effettivi
αA
αB
SPOSTAMENTI DI INTERPIANO SLD
0
1
2
3
4
5
6
0,0% 0,1% 0,2% 0,3% 0,4% 0,5%INTERSTORY DRIFT (cm)
IMPA
LCA
TI
AB
Spo
stam
ento
lim
ite S
LDT1A=0,69sT1B=3,10s
T1A=0,688sT1B=3,18s
PROGETTO STRUTTURALE
1) Modellazione
RISULTATI DEI MODELLI AL SAPA BASE FISSA
B EDIFICIO ISOLATO
STRUTTURA A - PARTICIPATING MASS RATIOS (FB 40x70)MODE PERIOD
UX UY UZ UX UY UZ1 0,689 0,00 73,72 0 0,00 73,72 02 0,687 52,21 0,00 0 52,21 73,72 03 0,535 21,38 0,00 0 73,59 73,72 04 0,255 0,00 14,80 0 73,59 88,52 05 0,213 19,37 0,00 0 92,96 88,52 06 0,130 0,00 9,61 0 92,96 98,13 0
INDIVIDUAL MODE (PERCENT) CUMULATIVE SUM (PERCENT)
I°MODO
III°MODOII°MODO
PRIMI TRE MODI DI VIBRARE DELLA
STRUTTURA A BASE FISSA
STRUTTURA B - PARTICIPATING MASS RATIOS (IB 40x70)
I°MODO III°MODO
II°MODO
PRIMI TRE MODI DI VIBRARE DELLA
STRUTTURA A BASE ISOLATA B
MODE PERIODUX UY UZ UX UY UZ
1 3,181893 0 99,9635 0 0 99,9635 02 3,175931 99,9284 0 0 99,9284 99,9635 03 2,343938 0,0405 0 0 99,9689 99,9635 04 0,393669 0 0,0351 0 99,9689 99,9986 05 0,383472 0,0296 0 0 99,9985 99,9986 0
INDIVIDUAL MODE (PERCENT) CUMULATIVE SUM (PERCENT)
EDIFICIO A BASE ISOLATA
STRUTTURA C - 40X70
CONFIGURAZIONE IN ELEVAZIONE OTTIMIZZATA PER ISOLAMENTO
Struttura isolata (“Struttura C”) - 18 pilastri 40x40
PIANTA ARCHITETTONICA CON PILASTRI
PROGETTO STRUTTURALE “STRUTTURA C”1) IMPOSTAZIONE CARPENTERIA E PREDIMENSIONAMENTO
2) PROGETTO DEL SISTEMA DI ISOLAMENTO
3) PROGETTO STRUTTURA IN ELEVAZIONEV = Taglio filtrato = K⋅δ = 106t
– Rigidezza ridotta rispetto caso prec.
4) MODELLAZIONE E ANALISISpettro elastico ridotto q=1,5
– Spettro modificato al periodo di isolamento per tenere conto dello smorzamento (segue analisi modale)
– Oppure modello completo con molle e smorzatori al piede
PARAMETRI DI PROGETTO:N°=18σ=50 kg/cm2
G=4 kg/cm2
S1>20S2>3
RISULTATO: T=2.58s
SCHEMA DEL SISTEMA DI ISOLAMENTO
φ 500
S1=20
S2=3
te= 170 mmti= 8,3 mmH= 260 mmts= 2 mm
n°strati= 20piatti= 20 mm
PARAMETRI DI PROGETTO:N°=18σ=50 kg/cm2
G=4 kg/cm2
S1>20S2>3
RISULTATO: T=2.58s
SCHEMA DEL SISTEMA DI ISOLAMENTO
φ 500
S1=20
S2=3
te= 170 mmti= 8,3 mmH= 260 mmts= 2 mm
n°strati= 20piatti= 20 mm
SOLUZIONE STRUTTURA BSOLUZIONE CORRENTE
STRUTTURA C – EDIFICIO A BASE ISOLATA 40X40
Pianta della struttura riprogettata
18 pilastri 40x40Travi 30x60, 30x50
18 pilastri – 18 isolatori
Isolatore modellato tramite l’elemento link di libreria“isolator1” all’interno del Sap2000 (CSI,2000)
Modello della struttura isolata
CONFRONTO CARPENTERIE
Struttura a base fissa 40x70
Tb.f.=0.69 s
Struttura A e Struttura isolata B
24 pilastri
Struttura isolata C 40x40
(Tb.f.=0.9 s)
18 pilastri
CONFRONTO TRAVE 2 - 4
•TRAVE 2-4 BASE FISSA 40 X 70
•TRAVE 2-4 BASE ISOLATA 30 X 60
RISULTATI DELLE ANALISI
ANALISI MODALE CON SPETTRO DI RISPOSTA
A – BASE FISSA 40X70B – BASE ISOLATA 40X70C – BASE ISOLATA 40X40
STRUTTURA A - PARTICIPATING MASS RATIOS (FB 40x70)MODE PERIOD
UX UY UZ UX UY UZ1 0,689 0,00 73,72 0 0,00 73,72 02 0,687 52,21 0,00 0 52,21 73,72 03 0,535 21,38 0,00 0 73,59 73,72 04 0,255 0,00 14,80 0 73,59 88,52 05 0,213 19,37 0,00 0 92,96 88,52 06 0,130 0,00 9,61 0 92,96 98,13 0
INDIVIDUAL MODE (PERCENT) CUMULATIVE SUM (PERCENT)
I°MODO
III°MODOII°MODO
PRIMI TRE MODI DI VIBRARE DELLA
STRUTTURA A BASE FISSA
STRUTTURA B - PARTICIPATING MASS RATIOS (IB 40x70)
I°MODO III°MODO
II°MODO
PRIMI TRE MODI DI VIBRARE DELLA
STRUTTURA A BASE ISOLATA B
MODE PERIODUX UY UZ UX UY UZ
1 3,181893 0 99,9635 0 0 99,9635 02 3,175931 99,9284 0 0 99,9284 99,9635 03 2,343938 0,0405 0 0 99,9689 99,9635 04 0,393669 0 0,0351 0 99,9689 99,9986 05 0,383472 0,0296 0 0 99,9985 99,9986 0
INDIVIDUAL MODE (PERCENT) CUMULATIVE SUM (PERCENT)
STRUTTURA C - PARTICIPATING MASS RATIOS (IB 40x40)
I°MODO III°MODO
II°MODO
PRIMI TRE MODI DI VIBRARE DELLA
STRUTTURA A BASE ISOLATA C
MODE PERIODUX UY UZ UX UY UZ
1 2,790832 99,5072 0 0 99,5072 0 02 2,766473 0 99,6618 0 99,5072 99,6618 03 2,249106 0,0943 0 0 99,6015 99,6618 04 0,544696 0,3826 0 0 99,9841 99,6618 05 0,532754 0 0,3256 0 99,9841 99,9873 0
INDIVIDUAL MODE (PERCENT) CUMULATIVE SUM (PERCENT)
TAGLIO FILTRATO DALLE STRUTTURE SLU
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,01
0,22
0,43
0,64
0,85
1,06
1,27
1,48
1,69 1,
92,
112,
322,
532,
742,
953,
163,
373,
583,
79 4
T
Sd Design spectra First category zoneag=0,35% smorz.strutt.elev.= 5%ξeis= 10%
Tis=2,58 Sd=0,089Sd=0,135
BI q'=1,5F.B.L.D. q''=4,10
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,01
0,22
0,43
0,64
0,85
1,06
1,27
1,48
1,69 1,
92,
112,
322,
532,
742,
953,
163,
373,
583,
79 4
T
Sd
Tis=3,12 Sd=0,0605Sd=0,193
Sd=0,14
Design spectra First category zoneag=0,35% smorz.strutt.elev.= 5%ξeis= 10%
BI q'=1,5F.B.H.D. q''=5,85F.B.L.D. q'''=4,10
TAGLI FILTRATI DALLA STRUTTURA
0,076
0,055
0,131
0,076
0,060
0,135
0,00 0,05 0,10 0,15
Tagli da spettroTagli effettivi
αA
αC
αB
TAGLI ALLA BASE
106052
83562
170000
0 50000 100000 150000 200000
CB
A
TAGLI (kg)
SPOSTAMENTI DEI PIANI – Pil. 40x70 SLD
ANALISI DINAMICA MODALE CON
SPETRO DI RISPOSTA PER LO SLD
1/300
1/4500
1/700005,0<=
r
rr h
δΨ
CONFRONTO SPOSTAMENTI DELLA STRUTTURA ISOLATA CON DUE DIVERSE MODELLAZIONI
Modello con molle lineari: spettro ξ=10% per T>0.8 TI
Modello con molle lineari e smorzatori: cisol=3900 (spettro a ξ=5%)
FLO
OR
RISULTATI DELLE ANALISI
ANALISI TIME HISTORY INELASTICHE
A – BASE FISSA 40X70B – BASE ISOLATA 40X70C – BASE ISOLATA 40X40
INPUT SISMICOSPETTRI DI RISPOSTA ELASTICI - EL CENTRO
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,2
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
T (sec)
SA /
g
ξ = 5%ξ = 10%
SPETTRI DI RISPOSTA ELASTICI - KOBE
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,2
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0T (sec)
SA /
g
ξ = 5%ξ = 10%
INPUT SISMICOSPETTRI DI RISPOSTA ELASTICI - NORTHRIDGE
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,2
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
T (sec)
SA /
g
ξ = 5%ξ = 10%
SPETTRI DI RISPOSTA ELASTICI - LANDERS
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,2
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
T (sec)
SA /
g
ξ = 5%ξ = 10%
TIME HISTORY - NORTHRIDGE EARTHQUAKE ACCELEROGRAM
NORTHRIDGE EARTHQUAKE JANUARY 17, 1994 04:31
SYLMAR STATION - COUNTY HOSP. PARKING LOT
AMPLIFICATION FACTOR: 10
ELASTICO
TIME HISTORY - NORTHRIDGE EARTHQUAKE ACCELEROGRAM
NORTHRIDGE EARTHQUAKE JANUARY 17, 1994 04:31
SYLMAR STATION - COUNTY HOSP. PARKING LOT
AMPLIFICATION FACTOR: 2
ELASTICO
MODELLAZIONE 2D IN CAMPO PLASTICO
X
Y
STRUTTURA A BASE FISSA STRUTTURA A BASE ISOLATA
TELAIO SIGNIFICATIVO CONSIDERATO
MODELLAZIONE Vi/Vtot=41÷43% Mi=(0,41÷0,43)·MtotLOCALIZZAZIONE DELLE CERNIERE MODELLO A PLASTICITÀ CONCENTRATA
NEWMARK METHOD(α=0,β=0,3025,γ=0,6)
HHT METHOD(α=-0,10,β=0,3025,γ=0,6)
METODO DI INTEGRAZIONE NUMERICAHILBER, HUGHES, TAYLOR (HHT – α METHOD)
• METODO IMPLICITO
• INCONDIZIONATAMENTE STABILE
• MODIFICA IL METODO DI NEWMARK
30X60 Scaling: N=250t M=24t
-1,5-1-0,500,51
1
1,4
CARATTERISTICHE DELLE STRUTTURE REALI
STRUTTURE A E B ANALISI STATICA NON LINEARE
NON LINEARITÀ GEOMETRICHE E MECCANICHEES: STEP 22
MAX ROTAZIONE PLASTICA 0,008 rad
STRUTTURA CANALISI STATICA NL
NON LINEARITÀ GEOMETRICHE E MECCANICHE
PUSHOVER STATICA
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0 5 10 15 20 25 30 35
SPOSTAMENTI (cm)
TAG
LIO
ALL
A B
ASE
: α
V / V
d Step 34 - 59 cerniere
Step 70 - 73 cerniere
Step 22 - 55 cerniere
Step 8 - 1 cerniera
Taglio di progetto: 176000kg × 0,43
Mar
gine
di s
icur
ezza
da
lle c
ondi
zion
i di
colla
sso
Lim
ite
plas
tico
PUSHOVER STATICA 40x40
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 10 20 30 40 50 60 70
SPOSTAMENTI (cm)
TAG
LIO
ALL
A B
ASE
: α
V /
Vd
Step 17-cerniera ritto
Taglio di progetto: 105960kg × 0,40
Mar
gine
di
sicu
rezz
a da
lle
cond
izio
ni d
i co
llass
o
Lim
ite
plas
tico
1.3
PROGETTO STRUTTURALE
1) Modellazione
RISULTATI DEI MODELLI AL SAPA BASE FISSA
B EDIFICIO ISOLATO
MODELLAZIONE A MEZZO DI TIME-HISTORY LINEARE
FLOOR ACCELERATIONS- KOBE EARTHQUAKE STRUC. A
FLOOR I FLOOR II FLOOR III
FLOOR IV FLOOR V FLOOR VI
FLOOR ACCELERATIONS- LANDERS EARTHQUAKE STRUC. A
FLOOR I FLOOR II FLOOR III
FLOOR IV FLOOR V FLOOR VI
FLOOR ACCELERATIONS - KOBE e LANDERS STRUC. B
SOIL ACCELERATION KOBE BASE FLOOR - KOBE FLOOR VI - KOBE
SOIL ACCELERATION LANDERS
BASE FLOOR - LANDERS FLOOR VI - LANDERS
FLOOR ACCELERATIONS - KOBE e LANDERS STRUC. C
SOIL ACCELERATION KOBE BASE FLOOR - KOBE FLOOR VI - KOBE
SOIL ACCELERATION LANDERS
BASE FLOOR - LANDERS FLOOR VI - LANDERS
FLOOR DISPLACEMENTS - KOBE EARTHQUAKE STRUC. A
FLOOR I FLOOR II FLOOR III
FLOOR IV FLOOR V FLOOR VI
FLOOR DISPLACEMENTS - KOBE EARTHQUAKE STRUC. B
FLOOR I FLOOR II FLOOR III
FLOOR IV FLOOR V FLOOR VI
FLOOR DISPLACEMENTS - KOBE EARTHQUAKE STRUC. C
FLOOR I FLOOR II FLOOR III
FLOOR IV FLOOR V FLOOR VI
FLOOR DISPLACEMENTS - LANDERS EARTHQUAKE STRUC. A
FLOOR I FLOOR II FLOOR III
FLOOR IV FLOOR V FLOOR VI
FLOOR DISPLACEMENTS - LANDERS EARTHQUAKE STRUC. B
FLOOR I FLOOR II FLOOR III
FLOOR IV FLOOR V FLOOR VI
FLOOR DISPLACEMENTS - LANDERS EARTHQUAKE STRUC. C
FLOOR I FLOOR II FLOOR III
FLOOR IV FLOOR V FLOOR VI
RIDUZIONE ACCELERAZIONI IN TESTA – KOBE E LANDERSSTRUTTURE ISOLATE - BASE FISSA STRUTTURE ISOLATE - SUOLO
VALORI MASSIMI DELLA RISPOSTA – ACCELERAZIONI AI PIANI
ACCELERAZIONI AI PIANI DELLE TRE STRUTTURE - NORTHRIDGE
0
1
2
3
4
5
6
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80
a/g
Pian
i
STRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
AC C ELER AZIO N I AI P IAN I D ELLE TR E STR U TTU R E - K O B E
0
1
2
3
4
5
6
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
a/g
Pian
i
S TR U TTU R A AS TR U TTU R A BS TR U TTU R A C
ACCELERAZIONI AI PIANI DELLE TRE STRUTTURE - EL CENTRO
0
1
2
3
4
5
6
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80
a/g
Pian
i
STRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
ACCELERAZIONI AI PIANI DELLE TRE STRUTTURE - LANDERS
0
1
2
3
4
5
6
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
a/g
Pian
iSTRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
VALORI MASSIMI DELLA RISPOSTA – SPOSTAMENTI AI PIANIS P O S TAM E N TI A I P IAN I D E LLE TR E S TR U TTU R E - K O B E
0
1
2
3
4
5
6
0,00 1 ,00 2 ,00 3 ,00 4 ,00 5 ,00
S postam enti (cm )
Pian
i
S TR U TTU R A AS TR U TTU R A BS TR U TTU R A C
SPOSTAMENTI AI PIANI DELLE TRE STRUTTURE - EL CENTRO
0
1
2
3
4
5
6
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Spostamenti (cm)
Pian
i
STRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
SPOSTAMENTI AI PIANI DELLE TRE STRUTTURE - NORTHRIDGE
0
1
2
3
4
5
6
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Spostamenti (cm)
Pian
i
STRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
SPOSTAMENTI AI PIANI DELLE TRE STRUTTURE - LANDERS
0
1
2
3
4
5
6
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Spostamenti (cm)
Pian
i
STRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
VALORI MASSIMI DELLA RISPOSTA – SPOSTAMENTI AI PIANISPOSTAMENTI AI PIANI DELLE TRE STRUTTURE - EL CENTRO
0
1
2
3
4
5
6
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Spostamenti (cm)
Pian
i
STRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
SPOSTAMENTI AI PIANI DELLE TRE STRUTTURE - NORTHRIDGE
0
1
2
3
4
5
6
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Spostamenti (cm)
Pian
i
STRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
SPETTRI DI RISPOSTA ELASTICI - EL CENTRO
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,2
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
T (sec)
SA /
g
ξ = 5%ξ = 10%
SPETTRI DI RISPOSTA ELASTICI - NORTHRIDGE
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,2
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
T (sec)
SA /
g
ξ = 5%ξ = 10%
VALORI MASSIMI DELLA RISPOSTA – INTERSTORY DRIFTIN TE R S TO R Y D R IF T - E L C E N T R O
0
1
2
3
4
5
6
0 ,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8%
Pian
i
S T R U T T U R A AS T R U T T U R A BS T R U T T U R A C
r
rr h
δΨ =
INTERSTORY DRIFT - KOBE
0
1
2
3
4
5
6
0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8%
Pian
i
STRUTTURA ASTRUTTURA BSTRUTTURA C
r
rr h
δΨ =
IN TE R S TO R Y D R IF T - N O R TH R ID G E
0
1
2
3
4
5
6
0 ,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8%
Pian
i
S TR U T TU R A AS TR U T TU R A BS TR U T TU R A C
r
rr h
δΨ =
INTER STO R Y D R IFT - LAN D ER S
0
1
2
3
4
5
6
0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8%
Pian
i
STR U TTU R A ASTR U TTU R A BSTR U TTU R A C
r
rr h
δΨ =
RICHIESTA DI DUTTILITÀ ALLA STRUTTURA
STRUTTURA A – EL CENTRO 10s STRUTTURA B e C – EL CENTRO 10s
STRUTTURA A – KOBE 20s STRUTTURA B e C – KOBE 20s
RICHIESTA DI DUTTILITÀ ALLA STRUTTURA
STRUTTURA A – NORTHRIDGE 20s STRUTTURA B e C – NORTHRIDGE 20s
STRUTTURA A – LANDERS 20s STRUTTURA B e C – LANDERS 20s
ANALISI NON LINEARI• Per la “struttura B”, più rigida, c’è una drastica riduzione degli
spostamenti differenziali fra i piani, grazie alla rigidezza laterale molto elevata della struttura in confronto a quella degli isolatori. La “struttura C”, non presenta riduzioni dello stesso ordine di grandezza della prima essendo più deformabile e quindi l’isolamento è meno efficace;
• Riduzione dell'amplificazione dell'accelerazione ai piani superiori per le strutture isolate, con conseguente eliminazione del danneggiamento degli elementi costruttivi non strutturali (tamponature, impianti, ecc.) e dei beni contenuti negli edifici(apparecchiature, oggetti di valore storico-artistico ecc.);
• Annullamento, per le strutture isolate alla base, delle richieste di duttilità (viene così annullato il livello di possibile danneggiamento della struttura e quindi il costo degli interventi successivi diriparazione post-sisma).
PROGETTO GENERALE
1) Verificare terreni
2) Strutture in elevazione: Progetto
( possibilmente rigida: controventata e’ più economica)
3) Interazione con l’architetto
(Giunti/Controventi/Cantinato)
4) Progetto Strutturale
5) Esecuzione corretta (giunti)
6) Collaudo
Seismic Isolators placement in 1 and 2 story bldgs
Isolators are used in combination with sliders to achieve the right combination of load support and isolation system stiffness
Seismic Isolators Placement alternates
1 2 3
Isolators can be placed directly on foundation footings, at the top of basement columns, or at column mid-height
Seismic Isolators Placement alternates
4 5 6
Isolator placement at the bottom of first story columns and in two locations above grade
Seismic Isolator assembly – new constr. 2
Seismic Isolator assembly – r.c. column
Seismic Isolator assembly – retrofit constr.
Bearing wallretrofit constr.
Entry Stairs – retrofit constr.
Section at moatnew constr.
Flexible gas line at moat
PROGETTO GENERALE
1) Verificare terreni
2) Strutture in elevazione: Progetto
( possibilmente rigida: controventata e’ più economica)
3) Interazione con l’architetto
(Giunti/Controventi/Cantinato)
4) Progetto Strutturale
5) Esecuzione corretta (giunti)
6) Collaudo
ANALISI DEI COSTI
A – BASE FISSA 40X70B – BASE ISOLATA 40X70C – BASE ISOLATA 40X40
Costi isolatori HDRB
Vol. < 10 dmc 120 euro/dmc (adeguamento) 60 euro/dmc
Vol. = 10 – 50 dmc 90 euro/dmc 45 euro/dmc
Vol. > 50 dmc 60 euro/dmc 30 euro/dmc
N. d
'ord
ine
AR
TIC
OLO
DESIGNAZIONE DEI LAVORI
Part
i ugu
ali
Lun
ghez
za
Lar
ghez
za
Alte
zza
[m] [m] € €
1,00 05.03.00 CASSEFORME
1,01 05.03.002
Cassaforma ed armatura di sostegno econtroventatura per luci fino a 15.00 m e peraltezza fino a 5.00 m dal piano di appoggio,compreso gli oneri di cui alle note particolari. Inopera per strutture in soprafondazione (pilastri,travi, solette, piattabande, muri di sostegno esimili).
16,77
TRAVI
PIANI RIGIDI ISOLATORI 1 110,60 0,40 0,70 143,78 143,78
mq 143,78
€ a mq 16,77 € 2.411,88
2,00 05.01.000 CONGLOMERATI IN OPERA
2,01 05.01.015Conglomerato cementizio Rbk=250, in operaper strutture in cemento armato, compreso glioneri e le prescrizioni di cui alle note particolari.
72,78
TRAVI
PIANI RIGIDI ISOLATORI 1 110,60 0,40 0,70 30,97 30,97
mc 30,97
€ a mc 72,78 € 2.253,75
3,00 05.02.000 FERRI DI ARMATURA
3,01 05.02.002
Acciaio per strutture in cemento armato inbarre ad aderenza migliorata Fe.B.38K, inopera, compreso gli oneri e le prescrizioni dicui alle note particolari.
0,76
TRAVI 80 - - - 30,97 2477,44 mc
€ a Kg 0,76 € 1.879,05
DIMENSIONI QUANTITA' PREZZO
Parziale Totale Unitario Totale
Impalcato piano isolamento
4,00 14.02.000 SISTEMA DI ISOLAMENTO SISMICO
4,01 N.P. 04
Isolatore sismico in elastomero armato didiametro 600mm compreso piastre terminali,ammarraggio e oneri di fornitura in cantiere.Costo per ogni decimetro cubo di elastomerocompreso l'acciaio ad esso vulcanizzato.
35,00
16 - - - 81,95 1311,26
dmc 1311,26
€ dmc 35,00 € 45.894,24
4,02 N.P.05Membrana armata con velo di fibra di vetro pergiunto verticale in opera. 9,50
2 22,20 10,80 0,80 26,40 52,80
mq 52,80
€ cad 9,50 € 501,60
4,03 07.04.015Scossalina in lamiera di ferro zincato dispessore 10/10 mm, in opera, compreso glioneri di cui alle note particólari.
4,39
PARETI SCAVO 2 22,20 10,80 0,00 23,10 46,20
kg 46,20€ a Kg 4,39 € 202,69
4,04 N.P. 06
Apparecchi di appoggio in acciaio teflon adisco in elastomero incapsulato, tipomultidirezionale, per carichi da 100ton,materiale Fe 510.
315,00
8 - - -
n° 8€ cad. 315,00 € 2.520,00
TOTALE SISTEMA D'ISOLAMENTO € 55.663,21
Sistema di isolamento – struttura B
N. d
'ord
ine
AR
TIC
OLO
DESIGNAZIONE DEI LAVORI
Part
i ugu
ali
Lun
ghez
za
Lar
ghez
za
Alte
zza
[m] [m] € €
23,00 14.02.000 SISTEMA DI ISOLAMENTO SISMICO
23,01 N.P. 04
Isolatore sismico in elastomero armato didiametro 500mm compreso piastre terminali,ammarraggio e oneri di fornitura in cantiere.Costo per ogni decimetro cubo di elastomerocompreso l'acciaio ad esso vulcanizzato.
35,00
18 - - - 48,08 865,46
dmc 865,46
€ dmc 35,00 € 30.291,19
23,02 N.P.05Membrana armata con velo di fibra di vetro pergiunto verticale in opera. 9,50
2 22,20 10,80 0,80 26,40 52,80
mq 52,80
€ cad 9,50 € 501,60
23,03 07.04.015Scossalina in lamiera di ferro zincato dispessore 10/10 mm, in opera, compreso glioneri di cui alle note particólari.
4,39
PARETI SCAVO 2 22,20 10,80 0,00 23,10 46,20
kg 46,20€ a Kg 4,39 € 202,69
DIMENSIONI QUANTITA' PREZZO
Parziale Totale Unitario Totale
TOTALE SISTEMA D'ISOLAMENTO € 35.507,57
Sistema di isolamento – struttura C
CONFRONTO ECONOMICO TRA LE STRUTTURE
Strutture € 234.000Isolamento "B" € 55.700Totale "A" € 630.000Totale "B" € 685.700
Strutture "A e B" - 40X70 - 24 pilastri
Strutture € 213.000-9% di "A e B"
Isolamento "C" € 35.500-37% di "B"
Totale "C" € 645.500
Struttura "C" - 40X40 - 18 pilastri
Il costo dell’isolamento comprende gli isolatori, i coprigiunti, gli scivolatori e il piano rigido sopra il sistema di isolamento.
CONFRONTO ECONOMICO TRA LE STRUTTURE
TRAVE 2-4 STRUTTURA “A” TRAVE 2-4 STRUTTURA “C”
Conglomerati € 38.360Ferri d'armatura € 31.220Solai € 37.610
Struttura "A" - 40X70 - 24 pilastri
Conglomerati € 32.080 -17%Ferri d'armatura € 25.350 -19%Solai € 43.560 +16% (copri gap)
Struttura "C" - 40X40 - 18 pilastri
COSTO DEL SISTEMA DI ISOLAMENTO
Casseforme € 2.400Conglomerati € 2.300Ferri d'armatura € 1.900Isolatori € 45.900Coprigiunto € 700Appoggi in teflon € 2.500
Struttura "B" - 40X70 - 24 pilastri
Casseforme € 1.850 -23%Conglomerati € 1.450 -37%Ferri d'armatura € 1.200 -37%Isolatori € 30.300 -34%Coprigiunto € 700
Struttura "C" - 40X40 - 18 pilastri
APPOGGIO STRUTTURALE IN ACCIAIO TEFLON
CONFRONTO ECONOMICO: STRUTTURE A - B - C
642 500 €685 700 €630 000 €TOTALE
5,5%8%-INCIDENZA ISOLAMENTO
35 500 €55 700 €-ISOLAMENTO
394 000 €396 000 €396 000 €OPERE DI COMPLETAMENTO
213 000 €234 000 €234 000 €STRUTTURE
CBA
+2%STRUTTURA C / STRUTTURA A =1,02
+9%STRUTTURA B / STRUTTURA A =1,088
CONFRONTO ECONOMICO
• Il confronto economico tra le diverse strutture ha evidenziato
che, con una attenta progettazione, tenendo conto sin dalle
prime fasi del progetto dei benefici portati dall’isolamento
sismico in termini di riduzione dell’input sismico, i costi di
realizzazione di una struttura isolata possono essere
paragonabili a quelli delle strutture convenzionali.
CONCLUSIONI
• Dalle analisi inelastiche effettuate si osserva che, essendo nulle le richieste di duttilità nelle sovrastrutture isolate (ossiagli elementi strutturali rimangono in campo elastico) si annulla anche il livello di danneggiamento e quindi i costi degli interventi di riparazione post-sisma.
• In definitiva, a fronte di costi quasi equivalenti, le struttureisolate presentano prestazioni superiori rispetto alle strutture convenzionali.
• In una analisi costi-benefici (non effettuata qui) le strutture isolate risulterebbe decisamente migliori
•• Risparmi nel sistema strutturaleRisparmi nel sistema strutturale
Ce ne sono ? Ce ne sono ?
Coefficiente riduzione azioni sismiche (q-factor, Rw, etc.) per strutture b.i. in genere minore (1/3 – ¼) di quelli per b.f.
•Risparmio almeno dovuto alla non implementazione del capacity design (gerarchia delle resistenze). ••Risparmio non trascurabileRisparmio non trascurabile se la configurazione strutturale in elevazione è concepita ab-initio per essere isolata alla base•Risparmio può essere significativo negli interventi di adeguamento
COSTI DEL BIS
•• Risparmi dovuti alla riduzione dei danniRisparmi dovuti alla riduzione dei danni
The reality is, no matter how much first cost saving is targeted, the isolatedbuilding will be less damaged than a non-isolated building.
Riduzione danni a elementi strutturali e soprattutto non strutturali (contemporanea riduzione di interstory drift e accelerazioni di piano)
Difficilmente valutati (life cycle analysis); in PBSDStrumenti semplificati per valutare riduzione dei costi (tab.)
COSTI DEL BIS
• Risparmi dovuti alla riduzione dei danni
COSTI DEL BIS
Damage ratios due todrift
Damage ratios due tofloor accelerations
•• Risparmi dovuti alla riduzione dei danniRisparmi dovuti alla riduzione dei danni
Esempio di impiego delle tabelle:
BIS riduce drift da 2% a 0.5% e accelerazioni da 0.5 a 0.18 gCosti danni relativi a drift: da 0.29 a 0.06Costi danni relativi ad accelerazioni: da 0.39 a 0.09In media, la riduzione può andare dal 35% all’8%.
In fase preliminare un’assunzione del 5% è ragionevole
COSTI DEL BIS
COSTI DEL BIS
+15.5%-3.5%TOTAL ADDED COSTS
5%0%Structural changes5%1%Architectural & service changes0%- 5%Savings in structural system
-25%
0.5%0.1%
Lowerbound
-50%(Reduced damage costs)
5%Isolators0.5%Engineering and documentation
Upper boundItem
Isolation costs as ratio to TOTAL COST
Trevor Kelly, Holmes Consulting Group Ltd, 2001
Isolation costs as ratio to TOTAL STRUCTURAL COST
M. Nakashima et Al., EERI, 1999
COSTI DEL BIS