Consolidamento di una cupola in carpenteria metallica

La cupola, oggetto di intervento, presenta una struttura spaziale, di diametro di circa 30m, realizzata con elementi reticolari e travi in carpenteria metallica.

Prospetto

Concio ed Arco Tipo

Il suo sistema strutturale è realizzato con 20 archi tralicciati di cui 16 poggiano su pilastri circolari in c.a. e 4 poggiano su  puntoni metallici disposti con asse obliquo sul portale d’ingresso. In corrispondenza degli archi supportati dai puntoni inclinati sono presenti travi anulari tralicciate. Lungo tutta la circonferenza di base della struttura di copertura corre una trave tralicciata che connette le imposte dei singoli archi.

Vista interna

Ai fini delle verifiche è stato costruito, utilizzando il software di calcolo Sap2000, un modello agli elementi finiti mediante elementi Frame, rappresentativi delle aste costituenti la struttura reticolare portante e dei cavi in acciaio che hanno funzione di controvento, ed elementi Shell, adottati per descrivere il comportamento delle lastre di vetro temprato che costituiscono la copertura. Tali ultimi elementi sono considerati al solo fine di distribuire in modo corretto i carichi accidentali sulla struttura ma non danno contributo in termini di rigidezza e resistenza al modello nel suo complesso.

Agli elementi frame, utilizzati per modellare i cavi, è stata assegnata una resistenza a compressione nulla, mentre gli elementi shell della struttura in vetro sono stati modellati come elementi del tipo piastra sottile. Di seguito è mostrato una vista assonometrica del modello ad elementi finiti adottato.

Modello agli elementi finiti Shell e Frame

La verifica nei confronti di fenomeni di stabilità è stata condotta mediante analisi di buckling determinando il moltiplicatore dei carichi che comporta configurazioni instabili per le combinazioni di carico considerate.

Lo studio ha evidenziato coefficienti di sicurezza non appropriati. Pertanto, si è considerata l’opportunità di procedere ad interventi di rafforzamento locale per migliorare la sicurezza della copertura. In particolare, sono stati considerati i seguenti interventi di rafforzamento locale, inquadrabili nel punto 8.4.3 delle NTC/08 e C8.4.3 della Circolare n°617/09:

• predisposizione di controventi di falda in corrispondenza dei campi più interni della corona centrale (elementi in rosso nelle seguenti figure);
• aumento della resistenza di alcuni specifici bulloni mediante sostituzione degli stessi (elementi in blue nelle seguenti figure);
• predisposizione di controventi verticali in corrispondenza del secondo ricorso anulare di travi di supporto delle vetrate (elementi in verde nelle seguenti figure).

Interventi di rafforzamento locale

Dettaglio Nodo 1

Dettaglio Nodo 2

Controventi verticali

Di seguito sono messe a confronto  le deformate della struttura relative al primo modo di buckling dello stato di fatto e di progetto. Sono messi a confronto, inoltre, nelle tabelle seguenti  i minimi valori del moltiplicatore dei carichi αcr nello stato di fatto con il relativo valore nello stato di progetto, sia nella  Combinazione SLV che SLU.

Deformata della struttura relativa al primo modo di buckling – Combinazione SLV – Stato di fatto

Deformata della struttura relativa al primo modo di buckling – Combinazione SLV – Stato di Progetto

TABELLA 1

Confronto tra il minimo valore del moltiplicatore dei carichi αcr
nello stato di fatto con il relativo valore nello stato di progetto – Combinazione SLV

TABELLA 2

Confronto tra il minimo valore del moltiplicatore dei carichi αcr
nello stato di fatto con il relativo valore nello stato di progetto – Combinazione SLU

 
Ai fini della messa in opera degli interventi di miglioramento, è stata predisposta una puntellatura centrale in corrispondenza della corona realizzata in travi tubolari.

FOTO 9

FOTO 10

NORME DI RIFERIMENTO

• D.M. 14/01/2008, “Norme Tecniche per le costruzioni”;
• Circolare n° 617 del 2/02/2009 del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici “Nuova Circolare delle Norme Tecniche per le Costruzioni”.