215   Gennaio - Febbraio  2018
ISSN 2282-3794
LA PROGETTAZIONE PRATICA DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO. PROGETTARE IN ACCIAIO
Progettazione, calcolo, materiali, tipologie strutturali frequenti PRIMA PARTE
di
Sergio Foa
Ingegnere, progettista di Impianti Industriali, apparecchiature e strutture in acciaio
sergio.foa@bluewin.ch

La appropriata e consapevole scelta degli schemi principali è parte essenziale quando si affronta la fase di progettazione statica della struttura.
In secondo luogo, le attuali metodologie di calcolo e verifica richiedono l’uso di codici di calcolo che, sia essi Europei (Eurocodici) che Americani (AISC), nel tempo si sono via via “appesantiti”con formulazioni complesse per quanto riguarda le verifiche, e con combinazioni di calcolo molto elevate in numero per la definizione dei criteri di sicurezza.
I normatori hanno così cercato di rincorrere procedure di calcolo sempre più raffinate, tentando attraverso l’uso di formulazioni e approcci complessi, di raggiungere una maggiore precisione nella comprensione dei comportamenti strutturali.
Questo approccio è ovviamente stato possibile grazie all’uso di programmi di calcolo sofisticati e all’uso quotidiano di calcolatori elettronici, che consentono l’elaborazione di formule complesse, un tempo (non lontano) impossibili con strumenti di calcolo pseudo-manuali, questi ultimi oggi praticamente sconosciuti ai più (ma non poi tanto) giovani.
Nella pratica progettuale odierna ci si orienta verso l’utilizzo “immediato” di questi mezzi cosiddetti “evoluti”,senza passare attraverso un’analisi ponderata e pensata del problema strutturale da risolvere.
Si “modella” in genere la struttura senza passare attraverso una prima fase di dimensionamento preliminare, che dovrebbe servire a capire “in soldoni”, quali sono i numeri in gioco.
Il rischio conseguente è quello di affidarsi ad occhi chiusi ai risultati che le macchine ci propongono, senza avere un riscontro comparativo con quelli attesi, ottenuti attraverso un’analisi logica del problema strutturale.
Questo approccio produce via via la “perdita di sensibilità progettuale”, causadi gravi problemi strutturali legati soprattutto alla sicurezza, quando le strutture o parti di esse risultano di fatto sottodimensionate, ma anche coinvolgimenti di tipo economico, qualora eccessivamente sovradimensionate.
Ci si propone quindi con quanto seguirà, di fornire una traccia per la scelta degli schemi più appropriati, analizzando le più comuni tipologie strutturali, e proporre approcci semplici di dimensionamento preliminare, con “l’utilizzo di schemi semplificati ma ragionati”e “l’applicazione di formule semplificate compatte” derivate in genere dai più attempati codici di calcolo, che hanno comunque permesso per oltre un secolo, l’affidabile progettazione delle strutture in acciaio.
Il consiglio è di lasciare agli attuali codici di calcolo l’affinamento, se necessario, delle strutture e la stesura delle relazioni giustificative di calcolo.
Questo ci renderà sicuramente “progettisti” e non solo “calcolatori” di strutture.
Per terminare: una frase che raccoglie l’essenza della buona progettazione, ricordataci in un’intervista televisiva dal prof Christian Menn [NOTA 1], “valido cattedratico” ma “soprattutto ingegnere progettista” del ETH, Politecnico Federale di Zurigo: “Ricordatevi che è meglio essere approssimativamente corretti piuttosto che esattamente sbagliati”.
Questo contributo introduce quindi una serie di articoli o capitoli indirizzati agli ingegneri progettisti, direttori lavori e collaudatori che affrontano strutture in acciaio.

English version
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THE PRACTICAL DESIGN OF STEEL STRUCTURES DESIGN IN STEEL
Design, calculation, materials, frequent types of structures _ FIRST PART

The appropriate and conscious choice of the main schemes is an essential part when dealing with the static design phase of the structure.
Secondly, the current calculation and verification methodologies require the use of calculation codes that, both European (Eurocode) and American (AISC),became increasingly “weighed down” using complex formulations regarding the verification, with very high number of loads combination to achieve most severe security criteria.
The updated codes have thus tried to increasingly pursue refined calculation procedures, attempting through the use of complex formulations and approaches, to achieve greater precision in the understanding of structural behaviors.
This approach has obviously been possible thanks to the use of sophisticated calculation programs and daily use of electronic calculators, which allow the processing of complex formulas, a time (not far) impossible with pseudo-manual calculation tools, the latter today practically unknown to most (but not so much) young people.
In today's design practice we are oriented towards the "immediate" use of these so-called "evolved" means, without going through a cogitated and thoughtful analysis of the structural problem to be solved.
Structures are generally "modeled" without going through an initial preliminary sizing phase, which should serve to understand "in a nutshell", what are the main involved numbers.
The consequent risk is that of relying with shut eyes on the results that the computers offer us, without having a comparison with the expected ones, obtained through a logical analysis of the structural problem.
This approach gradually produces the "loss of design sensibility", reason of serious structural problems mainly related to safety, when the structures or parts of them are in fact undersized, but also involving the economic field, if excessively oversized.
We therefore propose with what will follow, to provide a trace for the choice of the most appropriate schemes, analyzing the most common structural types, and propose simple approaches of preliminary sizing, with "the use of simplified but reasoned schemes" and "the application of simplified compact formulas " generally derived from the oldest calculation codes, which have nevertheless allowed the reliable design of steel structures for over a century.
The advice is to leave to the current calculation codes the refinement, if necessary, of the structures and the drafting of the justifying calculation reports.
This will surely make us "designers" and not just "calculators" of structures.
Finally: a phrase that collects the essence of good design, remember us in a television interview by Prof. Christian Menn, [NOTE 1] "a valid professor" but "mainly designer in engineering" of ETH, Federal Polytechnic University of Zurich:"Remember that it is better to be approximately correct rather than exactly wrong"
This abstract then introduces a series of articles or chapters addressed to structural engineers, shop and erection managers and third part controllers, who face the construction of steel structure.

UN SISTEMA COMPETITIVO PER IL MONITORAGGIO E LA DIAGNOSTICA DELLA SALUTE STRUTTURALE BASATO SUL CLOUD
di
Isabella Alovisi, 
Safe Certified Structures
Gabriele Bertagnoli, 
Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Edile e Geotecnica (DISEG), Politecnico di Torino
Luca Benini, 
Dipartimento di Ingegneria dell'Energia Elettrica e dell'Informazione "Guglielmo Marconi", Università di Bologna
Alfredo Cigada, 
Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano
Paola Darò, 
Safe Certified Structures
Marzia Malavisi, 
Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Edile e Geotecnica (DISEG), Politecnico di Torino
Giuseppe Mancini, 
Safe Certified Structures
giuseppe.mancini@polito.it
Alberto Meda, 
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ingegneria Informatica, Università di Roma Tor Vergata
Diego Melpignano, 
STMicroelectronics SrL
Bruno Murari, 
Safe Certified Structures
Paolo Riva, 
Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate, Università di Bergamo
paolo.riva@unibg.it
Marco Savoia
Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali, Università di Bologna

Il panorama del patrimonio edilizio ed immobiliare è soggetto ad un naturale e graduale processo di invecchiamento, indotto dal progressivo deperimento e dalla vetustà delle strutture, che ne causa una conseguente obsolescenza funzionale. Tale processo, tendenzialmente continuo e controllabile nel tempo, risulta nella maggior parte dei casi prevedibile e necessita di un efficace sistema di diagnostica che consenta una adeguata manutenzione programmata.
La messa in opera di sistemi di diagnostica per la stima dei livelli di sicurezza delle costruzioni richiede un accurato assessment dello stato attuale dei manufatti, tramite indagini dettagliate e mirate. Nel presente articolo viene presentato un sistema di diagnostica basato su un monitoraggio innovativo, economico e poco invasivo, in grado di fornire all’utente in tempo reale informazioni sullo stato di salute della struttura.
La peculiarità del sistema risiede nell’essere composto di sensori a basso costo basati prevalentemente su tecnologia MEMS, in grado di monitorare svariate grandezze fisiche, e collegati tra loro con diverse tecnologie per il trasferimento dati e l’alimentazione dei sensori. I dati registrati vengono inizialmente elaborati direttamente della strumentazione, quindi inviati al cloud, dove possono essere ulteriormente elaborati o resi disponibili per successive elaborazioni o per un confronto con la risposta attesa calcolata attraverso l’impiego di modelli matematici della struttura. Rispetto ad altri sistemi disponibili sul mercato, uno dei vantaggi più evidenti è la scalabilità; è cioè possibile pensare ad applicazioni che comportino l’installazione sia di poche unità di sensori, sia che vedano l’impiego di diverse centinaia di strumenti, capaci di misurare le più svariate grandezze fisiche.

English version
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AN AFFORDABLE CLOUD-BASED REAL TIME STRUCTURAL AND DIAGNOSTICS HEALTH MONITORING SYSTEM

The existing infrastructures and building stock is subject to a natural and gradual aging process, induced by the progressive deterioration and the age of the structures, which causes a consequent functional obsolescence. This process, which tends to be continuous and controllable over time, is in most cases foreseeable and requires an effective diagnostic system that allows adequate scheduled maintenance.
The implementation of diagnostic systems for the estimation of constructions safety levels requires a careful assessment of the current state of the artefacts, through detailed and targeted surveys. This article presents a diagnostic system based on an innovative, affordable and minimally invasive monitoring, able to provide the user with real-time information on the state of health of the structure.
The peculiarity of the system lies in being composed of low-cost sensors based mainly on MEMS technology, capable of monitoring various physical quantities, and connected to each other with different technologies for data transfer and sensor power supply. The recorded data are initially processed directly on board, then sent to the cloud, where they can be further processed or made available for subsequent processing or for a comparison with the expected response calculated through the use of mathematical models of the structure. Compared to other systems available on the market, one of the most obvious advantages is scalability; in other words, it is possible to think of applications that involve the installation of a few sensor units, as well as the use of several hundred instruments, capable of measuring the most varied physical quantities.

RAFFORZAMENTO SISMICO DEGLI EDIFICI ESISTENTI IN C.A.
UNA SOLUZIONE INNOVATIVA PER INTERVENTI INTEGRATI E SOSTENIBILI
di
Vincenzo Manfredi, 
Ph.D., Scuola di Ingegneria, Università degli studi della Basilicata - Potenza
enzo.manfredi@alice.it
Angelo Masi, 
Professore, Scuola di Ingegneria, Università degli studi della Basilicata - Potenza
angelo.masi@unibas.it
Giuseppe Ventura, 
Scuola di Ingegneria, Università degli studi della Basilicata - Potenza
giuseppeventur@libero.it
Leonardo Chiauzzi, 
Ph.D., Scuola di Ingegneria, Università degli studi della Basilicata - Potenza
leonardo.chiauzzi@unibas.it
Andrea Digrisolo, 
Ph.D., Scuola di Ingegneria, Università degli studi della Basilicata - Potenza
andrea.digrisolo@unibas.it
Giuseppe Santarsiero
Ph.D., Scuola di Ingegneria, Università degli studi della Basilicata - Potenza
giuseppe.santarsiero@unibas.it

L’imponente numero di edifici esistenti in Italia senza adeguata protezione sismica richiede la definizione di tecniche di intervento sostenibili, in grado di ridurre tempi e costi, e soprattutto di limitare l’interruzione d’uso degli ambienti. Nell’ambito delle tecniche di intervento dall’esterno, nel presente articolo viene proposta una innovativa soluzione con telai in c.a. prefabbricati posti lungo il perimetro della struttura esistente, progettati per costituire il principale sistema resistente alle azioni orizzontali. I telai di rinforzo sono ottenuti dall’assemblaggio di nodi trave-colonna collegati strutturalmente attraverso unioni flangiate in acciaio. Gli elementi così assemblati sono quindi vincolati alla struttura esistente attraverso idonei collegamenti a taglio in grado di trasferire gli sforzi dalla struttura esistente ai nuovi telai. Oltre alla maggiore semplicità della messa in opera e, quindi, ai minori tempi e costi di realizzazione, la soluzione può essere reversibile consentendo la sostituzione dei singoli nodi trave-colonna, ad es. in caso di danneggiamento post-sisma. Inoltre, nell’ottica di un approccio integrato degli interventi, i nuovi telai potrebbero essere utilizzati anche come sostegno di nuove tamponature, in grado così di ridurre la trasmittanza termica dell’involucro edilizio. Nell’articolo, la soluzione proposta è stata applicata per il rafforzamento di un tipico edificio in c.a. esistente progettato a soli carichi verticali, i cui risultati sono stati analizzati per valutarne l’efficacia.

English version
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SEISMIC STRENGTHENING OF RC EXISTING BUILDINGS
An innovative technique for integrated and sustainable interventions

is a strong need of sustainable techniques in order to reduce intervention time and cost, as well as building downtime. In the framework of rehabilitation techniques working on the building shell, the paper proposes an innovative solution based on precast RC frames externally added and properly connected to the existing RC structure thus able to become the main horizontal load-bearing system under seismic actions. The new RC frames are obtained by assembling precast beam-column joint elements, which are structurally connected by means of steel flanges. Further, the new frames are connected to the existing structure by means of connections properly designed to resist the shear forces to be transferred between the existing and the new structure. In view of its simplicity of execution, the proposed solution globally improves the whole retrofitting process by reducing both time and costs of intervention. Moreover, it permits to replace beam-column joints in case of heavy damage after seismic events and, in the framework of an integrated approach to rehabilitation interventions, the new frames can also support new infill walls, thus reducing thermal transmittance of building shell.
In the present paper, an RC existing building designed only to vertical loads has been retrofitted by using the proposed solution thus showing its effectiveness.

MIGLIORAMENTO ED ADEGUAMENTO SISMICO
Soluzioni per un edificio prefabbricato esistente
di
Davide Bellotti, 
EUCENTRE, European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering, Pavia
davide.bellotti@eucentre.it
Roberto Nascimbene
EUCENTRE, European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering, Pavia
roberto.nascimbene@progettazionesismica.it

Nel presente lavoro si è voluto studiare il comportamento sismico di una tipica struttura prefabbricata in cemento armato degli anni ’90 attraverso l’analisi e la successiva progettazione di interventi di miglioramento e adeguamento sismico. Sono descritte le tecniche di modellazione e le metodologie di progetto e di verifica di tali interventi.
Sono messe in evidenza le criticità della struttura in esame attraverso l'analisi del comportamento sismico, sulla base dei principali criteri di verifica forniti dalla nuova Normativa (NTC2018). Sono state effettuate le verifiche dei pilastri ed è stata dedicata particolare attenzione alle fondazioni e ai collegamenti tra gli elementi strutturali, i quali hanno mostrato le maggiori criticità.
In seguito si è effettuata la progettazione di 2 interventi: un intervento di miglioramento al 60% e un intervento di adeguamento, in base alle criticità evidenziate. Sono stati progettati gli interventi sulle fondazioni e sui pilastri, e sono stati ripristinati i collegamenti tra i vari elementi strutturali. Verranno affrontate tematiche fondamentali per le strutture prefabbricate come la verifica dei collegamenti: oltre alle NTC2018, verranno utilizzati documenti di riferimento in ambito europeo come ad esempio i documenti EOTA. Infine verranno proposte metodologie di analisi e verifica dei plinti di fondazione a bicchiere: in particolare tali elementi strutturali verranno verificati e adeguati in base a metodi presenti in letteratura.

English version
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SEISMIC RETROFIT SOLUTIONS FOR AN EXISTING PRECAST BUILDING

This work aims to study the seismic behaviour of a reinforced precast concrete structure through the analysis and the subsequent design of retrofit solutions. Modelling techniques and methodologies for designing and verifying these solutions are therefore described.
Critical aspects of the examined structure are highlighted by analysing its seismic behaviour, according to the main verification criteria provided by the new Italian Technical Regulation (NTC2018). Columns are checked and particular attention has been given on the foundations and on the connections between the structural elements, which showed the greatest criticalities.
Then 2 different retrofit solutions are designed: a 60% and a 100% of the design seismic action solutions, both based on the highlighted criticalities. Retrofit solutions are designed for the columns, for the connections between the different structural elements and also for the foundations.
Moreover, several topics that are essential for precast structures are analysed, such as the connection verification: in addition to NTC2018, European reference documents, e.g. the EOTA documents were used.
Finally, a analysis and a verification of the socket foundations is proposed: in particular, these structural elements will be checked and redesigned according to literature’s existing methods.

ESOSCHELETRI
MIGLIORAMENTO SISMICO E RIGENERAZIONE ARCHITETTONICA_PARTE SECONDA
di
Paolo Foraboschi, 
Università Iuav di Venezia, Dipartimento di Architettura Costruzione Conservazione
paofor@iuav.it
Esther Giani
Università Iuav di Venezia, Dipartimento di Architettura Costruzione Conservazione
giani@iuav.it

L’analisi effettuata nella prima parte dell’articolo – ESOSCHELETRI Prerogative architettoniche e strutturali – è ora portata a sintesi, descrivendo alcune applicazioni dell’esoscheletro a edifici esistenti e siti in zona sismica. I casi trattati sono un plesso scolastico (Pesaro), un centro commerciale (Tokio) e un fabbricato residenziale (Tokio). L’articolo fornisce indicazioni generali sull’uso dell’esoscheletro, sfruttandone le prerogative strutturali e integrandole con le opportunità architettoniche.
Le conclusioni suggeriscono criteri per la progettazione sismica dell’esoscheletro per il costruito e propongono una riflessione sulle potenzialità del sistema esoscheletrico nella rigenerazione architettonica e urbana.

English version
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EXOSKELETONS
SEISMIC RETROFIT AND URBAN REGENERATION_SECOND PART

The analysis of the first part of this paper – Advantages, limitations, and opportunities in the use of exoskeletons – is here used to describe some applications of the exoskeleton to existing buildings located in seismic area. The cases that are presented are a school building (Italy) a shopping mall (Tokyo) and a residential building (Tokyo). This paper presents general rules for using the exoskeleton exploiting and integrating its structural and architectural opportunities. The conclusions suggest some criteria for seismic design of exoskeletons and put forward considerations about opportunities provided by this construction system for architectural and urban regeneration.