Sistema con telaio in acciaio rinforzato: perché i grattacieli resistono?

Spinta dalla scarsità delle moderne risorse territoriali e dalle pressioni derivanti dalla crescita demografica, la costruzione verticale è diventata una tendenza inevitabile nell’architettura contemporanea. I moderni grattacieli si innalzano verso il cielo e si ergono imponenti. Cosa li mantiene relativamente stabili contro la forte pressione dei venti nella troposfera e consente loro di resistere in sicurezza ai terremoti? Per rispondere a questa domanda, diamo uno sguardo più da vicino al controventosistema di telaio in acciaio.

Le tradizionali strutture a telaio puro presentano disposizioni flessibili del pavimento e un elevato utilizzo dello spazio. Tuttavia, una volta che l’altezza dell’edificio supera un certo limite, emergerà il difetto di insufficiente rigidezza strutturale laterale. Esistono due soluzioni principali per risolvere questo problema: allargare le sezioni trasversali di travi e colonne o installare sistemi di controvento. Il primo porterà ad un forte aumento del consumo di acciaio, mentre il secondo vanta un rapporto costo-efficacia superiore. Pertanto, i sistemi con telaio in acciaio controventato sono la scelta ottimale per i grattacieli.

La logica fondamentale del sistema con telaio in acciaio controventato risiede nella disposizione razionale degli elementi di controvento per formare un meccanismo portante collaborativo: il telaio in acciaio sopporta i carichi verticali mentre i controventi resistono alle forze orizzontali. Un edificio per uffici a Xiamen adotta un sistema strutturale con telaio in acciaio e controventi concentrici. Alla base dell'edificio sono installati controventi portanti vincolati all'instabilità (BRB), che sfruttano appieno i vantaggi di duttilità delle strutture in acciaio e migliorano notevolmente le prestazioni sismiche della struttura.

Esistono tre principali tipi principali di tutorisistemi di telai in acciaio. Il telaio con controventi concentrici (CBF) è la configurazione di controvento più classica, la cui caratteristica principale è che gli assi baricentrici degli elementi di controvento si intersecano al centro dei giunti trave-colonna. Possiede un'elevata rigidità e può controllare efficacemente lo spostamento orizzontale. La differenza tra il telaio Eccentrically Braced (EBF) e il CBF risiede nell'offset dei suoi assi di controvento, che gli consente di combinare l'elevata rigidità dei controventi concentrici e la duttilità dei telai puri. I telai controventati che dissipano energia si affidano a dispositivi di dissipazione e smorzamento dell'energia per formare un sistema ideale di resistenza alla forza laterale.

Nell'ingegneria pratica, il rinforzo con instabilità di instabilità (BRB) è la soluzione prevalente e una variante aggiornata dei telai con controventi concentrici. Elimina il problema del cedimento dovuto all'instabilità dei tradizionali controventi concentrici sottoposti a compressione e flessione. Composti da un nucleo in lamiera d'acciaio, un tubo di contenimento esterno e un materiale di riempimento non legato, i BRB cedono sotto carico senza deformazioni per dissipare energia, ottenendo pari capacità portante a trazione e compressione, nonché ottime prestazioni isteretiche.

Inoltre, il CBF comprende principalmente controventi diagonali, controventi Chevron (controventi a V invertiti), controventi a V, controventi a X (controventi incrociati) e controventi a K. L'EBF è costituito principalmente da controventi di tipo D (tipo cancello), tipo K, tipo V e tipo Y.

La forma specifica di rinforzatosistemi di telai in acciaiosaranno scelti in base ai requisiti sismici e all'altezza dell'edificio. In generale, i controventi concentrici tradizionali sono caratterizzati da basso costo ed elevata rigidità, i controventi eccentrici offrono una duttilità favorevole e una forte capacità di dissipazione dell’energia, mentre i controventi vincolati all’instabilità offrono prestazioni sismiche superiori. I sistemi con telaio in acciaio rinforzato consentono agli edifici a molti piani e altissimi di resistere a forti venti e terremoti e forniscono anche soluzioni strutturali affidabili per lo sviluppo urbano verticale. Con 21 anni di vasta esperienza, EHSS è un produttore professionale specializzato nella fabbricazione e installazione di componenti strutturali in acciaio. Resta sintonizzato su EHSS per informazioni tecniche più professionali sulle strutture in acciaio.