COS’È MIDAS E PERCHÉ LO USIAMO? CASE STUDY

In quanto responsabile della progettazione strutturale di un nuovo progetto di grattacielo residenziale, SCE Project ha privilegiato l’uso del software MIDAS GEN 2018 che li ha consentito di proporre soluzioni mirate alle varie sfide progettuali.

IL PROGETTO: GRATTACIELO RESIDENZIALE

Le strutture del complesso sono caratterizzate da un edificio alto (EA), di 2 edifici di tre piani fuori terra (EB e EC in linea) e di 2 piani interrati di circa 4200 m2 ciascuno comuni.  Di un punto di vista strutturale, è importante sottolineare il fatto che il progetto si innesta in un contesto esistente: su due lati da lotti già edificati mentre, nell’angolo nord est nel lotto adiacente, è presente un parcheggio interrato di 5 piani.

Innanzitutto, lo spessore della platea di fondazione è stato differenziato per la zona sotto la Torre (180cm) rispetto al resto dell’area di progetto (70cm). Per di più, la fondazione si estende per 3.0 m all’esterno del perimetro dell’edificio alto per permettere una distribuzione migliore degli sforzi sul terreno. Invece, per mitigare l’effetto delle deformazioni differenziali e per ridurre le sollecitazioni sulle strutture del parcheggio interrato esistente adiacente, è stato previsto l’utilizzo di pali riduttori di cedimento. I pali impiegati di tipo CFA hanno un diametro di 800 mm e sono disposti secondo una maglia di 3.0 x 3.0 m per un totale di 100 pali. Il ricorso ad una fondazione su pali riduttori di cedimento consente numerosi vantaggi, tra cui la riduzione dell’entità del cedimento assoluto, la riduzione dello spessore della platea di fondazione e la riduzione dei cedimenti differenziali della platea. Le analisi condotte da SCE project hanno portato alla conclusione che, data la modesta sollecitazione a cui sono soggetti, non sarà necessario armare i pali. Infatti, essendo staccati dalla platea di fondazioni, non sono soggetti ad azioni flettente.

La Torre presenta una pianta sostanzialmente quadrata e conta 24 piani di circa 750m2 per un’altezza complessiva di circa 80 m. La struttura è caratterizzata da un nucleo centrale costituito da setti in calcestruzzo armato, deputato a resistere alle forze orizzontali. I setti del nucleo sono, come avviene spesso, organizzati intorno al gruppo dei vani degli ascensori, alle scale e ai cavedi impiantistici necessari. I carichi verticali del classico schema “pendolare” vengono portati dai pilastri e setti disposti sul perimetro dell’edificio.

La struttura si estende anche per due piani entro terra nei quali si affiancano al nucleo centrale dei setti disposti lungo il perimetro dell’edificio con l’obbiettivo di garantire una maggiore rigidezza all’insieme e un comportamento scatolare delle fondazioni. Lo spessore delle pareti del nucleo e la dimensione dei pilastri decrescono con variazioni discrete con l’altezza della Torre. In particolare, è realizzato un cambio di sezione in corrispondenza del piano terra e del piano 12.  Inoltre, per venire incontro alle richieste architettoniche, e prendendo in considerazione che nell’analisi di stabilità per i pilastri si sono considerate svincolate le rotazioni alle estremità di ciascun piano, le colonne hanno forme e dimensioni molto varie.

Le strutture orizzontali invece sono solette piene in calcestruzzo armato a comportamento bidirezionale di spessore variabile in funzione della collocazione: 25 cm nei piani tipici e 20 cm in corrispondenza delle logge. I solai del primo piano interrato e del piano terra sono continui su tutto il lotto. Invece, fuori terra i solai degli edifici della torre e dell’edificio basso adiacente (EB) sono giuntati tramite l’inserimento di un appoggio scorrevole. Il giunto tra le strutture è stato dimensionato per tenere conto degli spostamenti reciproci delle due strutture che presentano caratteristiche molto diverse. A causa del restringimento della sezione dell’edificio e per sostenere i piani superiori della torre che hanno una geometria diversa, il solaio del piano 18° ha invece uno spessore maggiore pari a 35 cm.

IL PROGRAMMA: COS’E MIDAS?

MIDAS Engineering Software propone una serie di programmi per il calcolo strutturale ad elementi finiti FEM o Finite Element Method. Tra le funzionalità del software si annoverano: le analisi statiche e dinamiche lineari o non lineari nonché le analisi di instabilità a carico di punta (o buckling). Il programma permette quindi di verificare, in accordo alle normative italiane o straniere, tutti gli elementi strutturali del progetto e di includere e gestire debitamente nell’analisi effetti del secondo ordine e non-linearità di varia natura. La modellazione della geometria e dei carichi di questi elementi offre infatti la possibilità di calcolare diagrammi di sollecitazione evidenziando le zone di concentrazione delle tensioni.  Sono su queste zone che il progettista dovrà concentrare il suo know-how ovvero la sua abilità a trovare soluzioni strutturali adeguate.

IL NOSTRO KNOW-HOW: PERCHE USIAMO MIDAS?

In effetti, la padronanza del software MIDAS Gen 2018, ha permesso agli esperti di SCE Project di realizzare dei modelli ad elementi finiti per l’analisi strutturale statica e dinamica della torre e di proporre varie soluzioni strutturali.

Le strutture dei quattro elementi che costituiscono il progetto residenziale (piani interrati, edificio Torre (EA) edificio EB e edificio Linea (EC)) sono profondamente interconnesse, pertanto sono state studiate con modelli numerici che permettessero di cogliere le reciproche influenze. Sono quindi stati creati vari modelli globali per tener conto di diversi aspetti di rigidezze a vincolo degli elementi e alcuni modello locali per analizzare specifici aspetti in dettaglio tra i quali:

• Modello con fondazione (elementi plate di spessore pari alla platea); I vincoli considerati sono isostatici in direzione orizzontale. L’analisi ha portato all’inserimento di molle elastiche alla Winkler in direzione verticale su tutta la superficie della fondazione e di molle concentrate lineari in corrispondenza dei pali CFA riduttori di cedimento.
• Modello vincolato al piano terra: gli edifici sono considerati vincolati al piano terra in quanto le strutture dell’interrato forniscono un vincolo nei confronti delle sollecitazioni orizzontali dato il loro aspetto scatolare.
• Modelli locali di analisi del comportamento dei solai (elementi plate di spessore corrispondente alla soletta di calcestruzzo armato); In modo da massimizzare la flessione dei solai. Inoltre, come precedentemente indicato, l’edificio torre essendo caratterizzato da solai con forme e spessori differenti, SCE Project ha dovuto identificare un solaio tipico (PPR16) per il quale eseguire la verifica di resistenza. Le armature sono quindi state disposte utilizzando il metodo di Wood-Armer, che tiene conto delle componenti torcenti all’interno delle piastre.

Il software MIDAS Gen esegue automaticamente il calcolo e restituisce delle mappature con valori da confrontarsi con le azioni resistenti. Il calcolo delle sollecitazioni negli elementi strutturali è stato condotto secondo le regole della scienza delle costruzioni, ipotizzando un comportamento elastico-lineare dei materiali. Inoltre, le verifiche sezionali di tutti gli elementi strutturali sono state condotte seguendo il metodo semi-probabilistico agli stati limite sia Ultimi (SLU) sia di esercizio (SLE).  Le verifiche effettuate sul nucleo della torre sono state eseguite considerando le combinazioni statiche e sismiche.

Per fare un esempio, l’analisi condotta in fase esecutiva, ha permesso agli esperti di SCE Project di evidenziare la necessità, in fase costruttiva, di prevedere la costruzione della torre fino ad almeno metà altezza prima di procedere con le strutture dell’edificio basso adiacente (EB) in modo da scontare gran parte dei cedimenti della torre.

In conclusione, la disposizione delle strutture del grattacielo è il frutto di ottimizzazioni strutturali svolte nell’arco della progettazione esecutiva e costruttiva. Grazie all’accurata analisi delle sollecitazioni strutturali realizzata mediante l’uso del programma MIDAS Gen 2018, SCE Project ha potuto proporre soluzioni strutturali nel totale rispetto del budget e delle richieste architettoniche. È stato inoltre creato un modello BIM condiviso ai fini di coordinare al meglio il progetto delle strutture con le altre discipline interessate e, in particolare, con i professionisti responsabili della progettazione architettonica e impiantista.