I dati sismici richiesti per l'analisi sismica statica e per quella dinamica modale con spettro di risposta sono quasi identici e vanno assegnati nella finestra in figura. Si fa comunque presente che l'analisi modale è il metodo di riferimento indicato in normativa per determinare gli effetti dell'azione sismica (§ 7.3.2 NTC).
La zona sismica da selezionare (da 1 a 4) in cui ricade la struttura è stabilita dall'Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3519 del 28 Aprile 2006. Per le costruzioni ricadenti in zona sismica 4 è prevista la sola analisi statica semplificata come specificata nel primo paragrafo del Capitolo 7 NTC.
Vita Nominale VN: va indicata in base al tipo di costruzione secondo le indicazioni della tabella 2.4.I (punto 2.4.1 delle NTC)
Classe d'uso: va scelta tra le 4 previste nell'elenco di cui al § 2.4.2 delle NTC. Ad ogni classe corrisponde un coefficiente d'uso CU il cui prodotto per il valore VN determina il periodo di riferimento VR = VN CU per la costruzione in oggetto.
Stati limite: (§ 3.2.1 NTC)
•SLV (Stato Limite di salvaguardia della Vita): è lo stato limite ultimo di base dell'analisi sismica. La tabella 3.2.I delle NTC prescrive per questo stato limite che la probabilità PVr di superamento dell'azione sismica nel periodo di riferimento VR sia pari al 10%. Si ottiene quindi il valore del periodo di ritorno per la costruzione in esame: TR = VR / ln(1- PVr). A partire da questo valore e dalle coordinate geografiche (latitudine e longitudine) del sito vanno dedotti i valori dei parametri sismici ag, FO, TC* che definiscono lo spetto di risposta Se(T) in accelerazione. Il valore dei suddetti parametri non viene calcolato dal presente programma ma può essere facilmente ottenuto da appositi programmi di uso pubblico e gratuito come quello on line disponibile sul sito www.geostru.it di questa software house. I valori dei parametri che compaiono all'apertura della finestra dei dati sismici di un nuovo progetto sono quelli relativi all'ultimo progetto calcolato e vanno ricalcolati e digitati in griglia se i dati di partenza sono differenti.
•SLD (Stato Limite di Danno): è uno stato limite (sismico) di esercizio con una probabilità di superamento nel periodo di riferimento VR pari al 63%. Anche per questo stato limite vanno calcolati fuori programma i valori dei parametri ag, FO, TC* dello spetto di risposta pertinente. Per le costruzioni ricadenti in classe d'uso I e II la verifica da effettuare per questo stato limite si limita alla controllo degli spostamenti di interpiano che devono essere contenuti entro i limiti fissati nel § 7.3.72 NTC. Sia nel caso di piani rigidi che in quello di piani deformabili il programma controlla gli spostamenti di interpiano relativi ai nodi di estremità dei singoli pilastri di piano.
Per le costruzioni in classe d'uso III e IV vengono verificati allo SLU tutti gli elementi strutturali sottoposti agli sforzi prodotti dalle azioni sismiche relative a questo stato limite, ponendo il fattore di struttura pari a 1,5 ed utilizzando per i materiali i coeff. parziali pari a 1.0 (§ 7.3.7.1 NTC).
•SLO (Stato Limite di Operatività): è uno stato limite di esercizio che interessa solo le costruzioni ricadenti in classe d'uso III e IV. La probabilità di superamento nel periodo di riferimento VR è pari all'81%. Gli effetti da verificare sono qui costituiti dai soli spostamenti di interpiano.
Categorie Sottosuolo
Nell'apposita casella a discesa va selezionata la categoria di sottosuolo attibuita alla costruzione in esame. La scelta tra le categorie previste al punto 3.2.2 NTC va fatta in base ai valori della Velocità equivalente Vs,30 di propagazione delle onde di taglio entro i primi 30 metri di profondità. I valori Vs,30 vanno desunti sulla base delle risultanze delle indagini geotecniche disposte dal progettista ed effettuate da laboratori autorizzati.
Categorie Topografiche
Nell'apposita casella a discesa va selezionata la categoria di sottosuolo attibuita alla costruzione in esame. La scelta tra le 4 categorie previste si riferisce a configurazioni superficiali semplici. Per condizioni topografiche complesse è necessario predisporre specifiche analisi di risposta sismica locale.
Smorzamento viscoso espresso in %
E' rappresentato dal simbolo ξ nel § 3.2.3.2.1 NTC e dipende dai materiali, dalla tipologia strutturale e dal terreno di fondazione (in genere per gli edifici si pone pari al 5%). Viene utilizzato nella definizione degli spettri di risposta elastici riportati in normativa (formule (3.2.4), (3.2.10), (3,2,13)).
Coefficiente di sottosuolo S
La sua definizione (§ 3.2.3.2.1 NTC) è: S = SS⋅ST in cui SS è il coefficiente di amplificazione stratigrafica (Tabella 3.2.V) e ST è il coefficiente di amplificazione topografica (Tabella 3.2.VI). Il programma calcola automaticamente i valori SS, ST e ne espone il prodotto.
Bassa (CD"B") / Alta Duttilità (CD"A")
La differenza tra le due classi risiede nell'entità delle plasticizzazioni previste nella progettazione (§ 7.2.1 NTC). La progettazione in alta duttilità consente valori minori delle azioni ma al prezzo di armature trasversali infittite e di particolari di armatura (nei nodi, nelle pareti ecc.) più dettagliati e verifiche più complesse da effettuare. In alta duttilità non è possibile, inoltre, progettare travi in spessore di solaio.
Va sottolineato che il progetto in alta duttilità non fa conseguire una maggiore sicurezza rispetto al progetto della stessa struttura effettuato in bassa duttilità. Anzi visto il carattere ancora "artigianale" della maggior parte dei cantieri di edilizia corrente si rischia che la cattiva esecuzione dei dettagli costruttivi previsti dall'alta duttilità pregiudichi la sicurezza attesa in progetto. Per gli edifici in c.a. qui trattati si consiglia, in definitiva, di scegliere sempre il calcolo in bassa duttilità.
Regolarità in pianta
Un edificio si definisce regolare in pianta se (§ 7.2.2 NTC):
a) la configurazione in pianta è compatta e approssimativamente simmetrica rispetto a due direzioni ortogonali...
b) il rapporto tra i lati di un rettangolo in cui la costruzione risulta inscritta è inferiore a 4;
c) nessuna dimensione di eventuali rientri o sporgenze supera il 25% della dimensione totale della dimensione totale della costruzione nella corrispondente direzione;
d) gli orizzontamenti possono essere considerati infinitamente rigidi nel loro piano rispetto agli elementi verticali e sufficientemente resistenti.
Se si sceglie l'opzione di regolarità il programma controlla direttamente solo l'ultima condizione (controlla cioè che nella scheda dei dati sui piani tutti gli impalcati risultino assegnati come rigidi). Nell'esempio in figura l'opzione di regolarità è inattiva (non viene cioè consentita la scelta) in quanto non tutti i piani sono stati assegnati come rigidi. E' responsabilità del progettista il controllo del rispetto delle condizioni di cui ai punti a), b), c). L'assunta regolarità in pianta modifica il valore da assumere per i fattori q0 da assegnare successivamente.
Regolarità in altezza
Un edificio si definisce regolare in altezza se (§ 7.2.2 NTC):
a) tutti i telai e le pareti si estendono per tutta l'altezza della costruzione;
b) massa e rigidezza rimangono costanti o variano gradualmente, senza bruschi cambiamenti, dalla base alla sommità della costruzione (le variazioni di massa non superano il 25%, la rigidezza non si riduce da un orizzontamento a quello sovrastante più del 30% e non aumenta più del 10%); ai fini della rigidezza si possono considerare regolari in altezza strutture dotate di pareti o nuclei in c.a. di sezione costante sull'altezza ai quali sia affidato almento il 50% dell'azione sismica alla base;
c) nelle strutture intelaiate progettate in CD"B" il rapporto di resistenza effettiva (somma dei tagli nei pilastri compatibili con la resistenza a pressoflessione e taglio) e resistenza richiesta dal calcolo non è significativamente diverso per orizzontamenti diversi (differenza massima ammessa 20% tra il valore calcolato ad un piano e quello calcolato in un altro). Eccezione ammessa per l'ultimo piano in un edificio con almeno 3 impalcati.
d) eventuali restringimenti della sezione orizzontale della costruzione avvengono in modo graduale da un orizzontamento al successivo, rispettando i seguenti i limiti indicati al punto h) del § 7.2.2 NTC.
Se l'edificio rispetta tutte le condizioni suddette (edificio regolare in altezza) al fattore KR viene assegnato il valore 1.00. Altrimenti occorre ritornare in fase di Input e decidere se modificare le dimensioni delle aste o rinunciare alla regolarità definendo l'edificio non regolare in altezza (a KR viene assegnato il valore ridotto di 0.80). Le costruzioni ad un solo impalcato sono ovviamente sempre regolari in altezza.
La presenza di piani deformabili a nostro avviso configura già l'assenza di regolarità in altezza.
Se l'edificio viene definito regolare in altezza in questa finestra, il programma durante il successivo calcolo controlla numericamente solo i punti b) e c); ma raramente tali controlli risultano positivi, anche per edifici piuttosto regolari. Il controllo b) viene omesso nel caso di edifici in classe di duttilità alta (CD"A"). Il soddisfacimento dei punti a), d) è demandato al progettista. Si fa notare che nel caso si voglia eseguire l'analisi statica (sconsigliata sempre) l'edificio deve obbligatoriamente essere regolare in altezza.
Fattori q0 di struttura
E' il valore massimo (da definirsi separatamente per le due direzioni X, Y del sisma) del fattore di struttura q (q= q0⋅KR) e dipende dal livello di duttilità atteso, dalla tipologia strutturale e dal rapporto αu/α1 tra il valore ultimo dell'azione sismica e quello per il quale si ha prima plasticizzazione a flessione. Il fattore q viene direttamente utilizzato nella definizione degli spettri di progetto per gli stati limite ultimi (in programma è previsto il solo SLV) e quindi influenza notevolmente l'entità delle azioni sismiche. I valori di q0 previsti in normativa (§ 7.4.3.2 NTC) per le varie tipologie strutturali sono selezionabili dalle apposite caselle a discesa; i valori esposti tengono conto della classe di duttilità e della regolarità in pianta precedentemente assegnate. Nel caso di strutture torsionalmente deformabili con tipologia a pareti o miste equivalenti a pareti, i valori q0 vanno digitati direttamente nelle caselle ad essi riservati. Lo stesso dicasi nel caso in cui il rapporto αu/α1 sia ricavato da un'analisi non lineare di tipo "pushover". Per evitare di rientrare (senza volerlo) nel caso di strutture deformabili torsionalmente il programma calcola, piano per piano e nelle due direzioni sismiche, il rapporto r/lS tra rigidezza torsionale e segnala il caso in cui (§ 7.4.3.1) essa risulti non superiore a 0,8. In questo calcolo non viene utilizzata la formula di normativa valida solo per impalcati rigidi rettangolari bensì viene valutato (sempre in via approssimativa) l'effettiva rigidezza torsionale r di piano dei singoli elementi strutturali (pilastri e pareti) nonchè il valore lS valutato come radice quadrata del rapporto tra il momento d'inerzia polare delle masse concentrate nei nodi e la massa totale di impalcato.
Componente verticale nell'analisi sismica
Nell'analisi sismica delle strutture correnti sono considerate attive solo le due componenti orizzontali delle azioni sismiche nella direzione degli assi generali di riferimento X, Y. La componente verticale in direzione Z va considerata solo in presenza di (§ 7.2.1 NTC):
- elementi pressochè orizzontali di luce maggiore di 20 metri;
- elementi precompressi (esclusi i solai con luce inferiore a m. 8);
- elementi a mensola di luce superiore a 4 m;
- strutture di tipo spingente;
- pilastri in falso;
- edifici con piani sospesi.
Nel caso di analisi sismica statica (da evitare) va assegnato il periodo fondamentale nella direzione verticale.
SLD/SLD Spostamenti massimi di interpiano Dr
Per edifici in classe d'uso I e II il § 7.3.7.2 delle NTC prescrive i seguenti valori limite per gli spostamenti di interpiano Dr (h=altezza di piano) :
- 0.003 h per tamponamenti collegati rigidamente alla struttura che interferiscono con la deformabilità;
- 0.005 h per tamponamenti progettati in modo da non subire danni a seguito degli spostamenti di interpiano ovvero a causa della loro deformabilità intrinseca ovvero del collegamenti alla struttura
Per edifici in classe d'uso III, IV i suddetti limiti vanno ridotti ai 2/3 del loro valore e vanno verificati allo Stato Limite di Operatività (SLO).
Spettri di progetto
Sulla base dei dati simici precedentemente assunti viene mostrata la rappresentazione grafica degli spettri di progetto per le componenti sismiche attive e che saranno alla base del successivo calcolo delle azioni sismiche. Gli spettri di progetto utilizzati hanno naturalmente le formulazioni analitiche fornite nel § 3.2.3 delle NTC ed utilizzano i fattori di struttura assegnati in questa finestra dati.
Eccentricità accidentale di piano
Per tener conto delle incertezze nella localizzazione delle masse, al centro di massa deve essere attribuita una eccentricità accidentale rispetto alla sua posizione quale deriva dal calcolo. Per i soli edifici l'eccentricità accidentale non può essere inferiore a 0.05 volte la dimensione dell'edificio misurata perpendicolarmente alla direzione dell'azione sismica. Detta eccentricità è assunta costante per entità e direzione su tutti gli orizzontamenti (§ 7.2.6 NTC). Qualora la distribuzione degli elementi costruttivi non strutturali o secondari sia fortemente irregolare in pianta se ne può tenere conto raddoppiando l'eccentricità strutturale (§ 7.2.3 NTC).
I valori di questa eccentricità convenzionale vanno pertanto inseriti nell'apposita tabella prevista. Nel caso di piano rigido l'analisi modale viene effettuata tenendo fissa la risultante delle masse di piano nel baricentro calcolato ed aggiungendo successivamente gli effetti statici di un'azione torcente (per ognuna delle direzioni sismiche) prodotto della forza sismica agente al piano per la duddetta eccentricità rispetto al baricentro di calcolo (§ 7.3.3.1 NTC). Nel caso di orizzontamento non rigido gli effetti statici aggiuntivi vengono determinati applicando alle singole masse di piano forze orizzontali tali che il loro momento torcente complessivo sia pari al prodotto della risultante delle forze sismiche orizzontali di piano per l'eccentricità assegnata. Tali forze devono, inoltre, ammettere risultante nulla nelle due direzioni X, Y.
Il programma non utilizza la formulazione semplificata degli effetti torcenti che impiega la formula (7.3.7) delle NTC in quanto essa è valida solo in casi particolari.
Combinazioni componenti sismiche
Gli effetti E della risposta sismica sulla struttura (sollecitazioni, spostamenti, deformazioni, ecc.) sono combinati, per ognuna delle direzioni sismiche attive, secondo i seguenti coefficienti (7.3.5 NTC):
1.00 Ex + 0.30 Ey + 0.30 Ez
0.30 Ex + 1.00 Ey + 0.30 Ez
0.30 Ex + 0.30 Ey + 1.00 Ez
La componente verticale Ez sarà considerata solo nei casi previsti nel § 7.2.1 NTC.
I coefficienti di combinazione sono preimpostati secondo i valori previsti dalle NTC. L'utente può modificarli per particolari esigenze (simulazioni, confronti ecc.) ma in questo caso ponendosi fuori dalla corretta applicazione della normativa.
Opzioni per piani rigidi
Il programma calcola automaticamente per i piani rigidi la massa totale di piano come somma delle masse concentrate nei nodi di piano e, in caso di analisi dinamica, il momento d'inerzia polare delle stesse masse rispetto al loro baricentro (nodo master di piano). La presente opzione consente di assegnare manualmente i suddetti valori.
Analoga assegnazione manuale può essere effettuata per le coordinate dei baricentri delle masse di piano.
Fattori di incremento degli sforzi nei pilastri per irregolarità dei tamponamenti in elevazione
Qualora la distribuzione in altezza degli elementi costruttivi senza funzione strutturale risulti fortemente irregolare in altezza (ad esempio è il caso dei piani pilotis privi di tamponamenti) le forti concentrazione di danni ai piani deboli devono essere prevenute incrementando di un fattore 1.40 le azioni di calcolo dei pilastri e delle pareti di tali piani.
Nella tabella a tale scopo predisposta nella sopra riportata finestra è quindi possibile indicare per gli eventuali piani di cui sopra il fattore di incremento.