Calcolo dei carichi strutturali

Metodo di calcolo dei carichi strutturali

Questo calcolatore per il calcolo dei carichi strutturali determina i carichi che agiscono su travi, pilastri e solai. Calcola in sequenza il peso proprio degli elementi strutturali, i carichi dovuti agli strati e alle pareti divisorie, considera i carichi da neve e i carichi variabili, applica i coefficienti di calcolo e determina il carico risultante sull'elemento strutturale selezionato.

Per un solaio, il risultato è espresso come carico superficiale in kg/m² e kN/m². Per una trave, i carichi superficiali vengono convertiti in carichi lineari in kg/m e kN/m e viene calcolato anche il carico totale sulla trave. Per un pilastro viene determinato il carico totale di calcolo in kg e kN.

Valori indicativi e raccomandazioni

Base di calcolo

Azioni permanenti e variabili. La logica delle combinazioni di carico segue i principi della EN 1990 «Eurocodice — Criteri generali di progettazione strutturale». Il peso proprio, le densità dei materiali e i carichi variabili sono riferiti alla EN 1991-1-1 «Eurocodice 1: Azioni sulle strutture — Parte 1-1: Azioni in generale — Pesi per unità di volume, pesi propri e sovraccarichi per gli edifici», mentre i carichi da neve si basano sulla EN 1991-1-3 «Eurocodice 1: Azioni sulle strutture — Parte 1-3: Azioni in generale — Carichi da neve».

Coefficienti di calcolo. Il calcolatore utilizza γ_G = 1.35 per tutti i carichi permanenti. Il carico variabile principale viene moltiplicato per γ_Q = 1.50. Quando il carico da neve e il carico variabile agiscono contemporaneamente, l'azione di accompagnamento viene ulteriormente ridotta mediante il coefficiente di combinazione ψ₀.

Carichi permanenti

Principio generale. Il peso proprio del solaio, della trave, del pilastro, delle travi secondarie, degli strati costruttivi e delle pareti divisorie viene considerato come carico permanente. Viene prima calcolata la massa caratteristica di ciascun componente e successivamente moltiplicata per 1.35.

Gd = 1.35 · G

Solaio pieno. Per un solaio pieno in calcestruzzo armato viene utilizzata una densità di 2500 kg/m³. Per uno spessore del solaio h in mm, il peso proprio caratteristico per metro quadrato viene calcolato come:

qslab = (h / 1000) · 2500

Il risultato è espresso in kg/m². Ad esempio, un solaio spesso 200 mm ha una massa caratteristica di 500 kg/m²; applicando il coefficiente 1.35, il valore di calcolo è 675 kg/m².

Solai alveolari e nervati. Per queste strutture, la massa viene inserita direttamente in kg/m² perché dipende dalla geometria dei vuoti e delle nervature. Per una stima preliminare si utilizzano spesso valori di circa 250–450 kg/m² per i solai alveolari in calcestruzzo armato e 150–400 kg/m² per i solai nervati. Se sono disponibili i dati del produttore, è opportuno utilizzare la massa effettiva per metro quadrato.

Carichi degli strati costruttivi

Materiale con densità nota. Se uno strato ha densità ρ in kg/m³, la sua massa superficiale viene calcolata dallo spessore t in mm:

qlayer = (t / 1000) · ρ

Ad esempio, uno strato di 50 mm con densità di 1600 kg/m³ produce un carico caratteristico di 80 kg/m². Dopo la moltiplicazione per 1.35, il carico di calcolo è 108 kg/m².

Materiale con massa superficiale predefinita. Per i materiali il cui carico è già specificato nel calcolatore in kg/m², questo valore viene utilizzato direttamente. Il carico di calcolo di ogni strato permanente viene quindi ottenuto moltiplicandolo per 1.35.

Carico delle pareti divisorie

Massa totale. La massa delle pareti divisorie viene calcolata dalla loro lunghezza totale L_p, dallo spessore t_p, dall'altezza h_p e dalla densità del materiale ρ. Le dimensioni inserite in millimetri vengono prima convertite in metri:

Mpart = (Lp / 1000) · (tp / 1000) · (hp / 1000) · ρ

Distribuzione sulla superficie. La massa risultante viene distribuita sulla superficie considerata A, quindi il carico superficiale equivalente è:

qpart = Mpart / A

Per un solaio viene utilizzata la superficie del solaio. Nei calcoli di travi e pilastri, le pareti divisorie vengono distribuite sulla relativa area di influenza. Il valore risultante viene considerato come carico permanente e moltiplicato per 1.35.

Carichi da neve e carichi variabili

Valori di input. I carichi da neve e i carichi variabili vengono inseriti come valori caratteristici prima dell'applicazione di γ_Q. I valori possono essere inseriti in kg/m² o kN/m². Per la conversione si utilizza 1 kg = 0.00980665 kN.

Valori pratici indicativi. Per una stima preliminare del carico da neve in un clima temperato si può utilizzare come riferimento circa 100 kg/m², oppure 0.98 kN/m², ma il valore effettivo deve essere determinato secondo EN 1991-1-3 e la relativa Appendice Nazionale. Per i carichi variabili si utilizzano comunemente circa 150–200 kg/m² per ambienti residenziali, 200–300 kg/m² per uffici e 400–500 kg/m² per aree commerciali; il valore esatto dipende dalla categoria d'uso secondo EN 1991-1-1 e l'Appendice Nazionale.

Un solo carico variabile. Se viene specificato solo il carico da neve oppure solo il carico variabile, tale carico viene considerato come azione variabile principale e applicato integralmente con un coefficiente di 1.50. In questo caso il coefficiente ψ₀ non riduce il carico.

Combinazione del carico da neve e del carico variabile

Due combinazioni di carico. Se sia il carico da neve S sia il carico variabile Q sono maggiori di zero, il calcolatore valuta due combinazioni. Nella prima, il carico variabile è principale e il carico da neve è di accompagnamento:

EQ = 1.35 · G + 1.50 · Q + 1.50 · ψ0,S · S

Nella seconda combinazione, il carico da neve è principale. Per il carico variabile di accompagnamento, il calcolatore utilizza automaticamente ψ_0,Q = 0.70:

ES = 1.35 · G + 1.50 · S + 1.50 · 0.70 · Q

Scelta del valore di calcolo. Come risultato finale viene utilizzata la combinazione che produce il maggiore carico totale di calcolo:

Ed = max(EQ, ES)

Coefficiente di combinazione per la neve. Per impostazione predefinita viene utilizzato ψ_0,S = 0.50. Questo valore può essere modificato tra 0 e 1 secondo l'Appendice Nazionale applicabile. Con ψ_0,S = 0.50, il coefficiente di calcolo effettivo per la neve di accompagnamento è 1.50 · 0.50 = 0.75.

Coefficiente di combinazione del carico variabile. Quando il carico variabile è di accompagnamento, il suo coefficiente effettivo è 1.50 · 0.70 = 1.05. Quando è l'azione principale, viene utilizzato il coefficiente completo 1.50.

Coefficiente di calcolo mostrato nei risultati. Per i carichi variabili, la tabella dei risultati mostra il coefficiente effettivamente applicato dopo aver considerato la combinazione dei carichi. Pertanto, lo stesso carico variabile può avere un coefficiente di 1.50 quando è principale oppure 1.05 quando è di accompagnamento; per la neve, il coefficiente è 1.50 oppure 1.50 · ψ0,S.

Calcolo del carico sul solaio

Componente permanente. Il peso proprio del solaio viene combinato con i carichi di tutti gli strati e delle pareti divisorie selezionati. Ogni componente permanente viene moltiplicato per 1.35, dopodiché viene aggiunta la combinazione determinante del carico da neve e del carico variabile.

qd = 1.35 · (qslab + Σqlayer + qpart) + Qd,var

Il risultato è il carico superficiale di calcolo in kg/m² e kN/m².

Calcolo del carico sulla trave

Larghezza di influenza. Un carico superficiale q in kg/m² viene convertito in carico lineare utilizzando l'interasse delle travi B inserito in millimetri:

w = q · B / 1000

Ad esempio, con B = 900 mm, ogni metro di trave riceve il carico proveniente da una fascia larga 0.9 m. Il carico totale di ciascun componente lineare si ottiene moltiplicandolo per la lunghezza della trave L:

P = w · L / 1000

Peso proprio della trave. Per una sezione rettangolare, la massa di un metro di trave viene calcolata dalla larghezza b, dall'altezza h in mm e dalla densità ρ in kg/m³:

mbeam = b · h · ρ / 106

Per profili standard in acciaio a I, a U, cavi e angolari, viene utilizzata la massa tabellare del profilo selezionato in kg/m. Il peso proprio della trave viene moltiplicato per 1.35.

Travi secondarie. Il loro numero viene calcolato dalla lunghezza della trave principale L e dall'interasse specificato L₁, arrotondando per eccesso:

n = ceil(L / L1)

La massa di ciascuna trave secondaria viene calcolata dalla sua sezione trasversale o dalla massa tabellare del profilo e dalla sua lunghezza, pari alla larghezza dell'area di influenza. La massa totale di tutte le travi secondarie viene distribuita lungo la trave principale e considerata come carico permanente con coefficiente 1.35.

Calcolo del carico sul pilastro

Trasferimento dei carichi superficiali. I carichi degli strati costruttivi, delle pareti divisorie, della neve e dei carichi variabili vengono convertiti in un carico totale sull'area di influenza rettangolare L · B:

P = q · (L / 1000) · (B / 1000)

Peso proprio del pilastro. Per una sezione rettangolare, la massa del pilastro viene calcolata dalla sua altezza H, dalle dimensioni della sezione b e h in mm e dalla densità del materiale ρ:

Mcolumn = (H / 1000) · (b / 1000) · (h / 1000) · ρ

Per un profilo standard in acciaio, la sua massa tabellare per metro viene moltiplicata per l'altezza del pilastro. La componente permanente comprende anche il peso proprio della trave principale e, quando presenti, delle travi secondarie; tutti questi componenti vengono moltiplicati per 1.35.

Carico totale sul pilastro. Il carico totale di calcolo sul pilastro si ottiene sommando il peso proprio del pilastro e delle travi, i carichi permanenti provenienti dall'area di influenza, i carichi delle pareti divisorie e la combinazione determinante dei carichi variabili. Il risultato è visualizzato in kg e kN.

Ipotesi utilizzate

Distribuzione uniforme dei carichi. I carichi degli strati, delle pareti divisorie, della neve e i carichi variabili sono considerati uniformemente distribuiti sulla relativa superficie. Per il calcolo delle travi, il carico superficiale viene convertito in un carico lineare uniformemente distribuito mediante la larghezza di influenza.

Coefficienti di calcolo fissi. Per i carichi permanenti si utilizza γ_G = 1.35, mentre per l'azione variabile principale si utilizza γ_Q = 1.50. Per un carico variabile di accompagnamento viene utilizzato ψ_0,Q = 0.70, mentre ψ_0,S per la neve viene inserito dall'utente e ha un valore predefinito di 0.50.

Valori nazionali. I carichi da neve, le categorie dei carichi variabili e i coefficienti di combinazione possono differire tra le Appendici Nazionali degli Eurocodici. I carichi caratteristici inseriti e, quando necessario, ψ_0,S devono quindi essere scelti in funzione del paese e delle condizioni del progetto specifico.

FAQs

Perché il coefficiente del carico da neve o del carico variabile a volte è inferiore a 1.50?

Quando due carichi variabili agiscono contemporaneamente, solo uno viene considerato come azione principale e riceve il coefficiente completo 1.50. L'azione di accompagnamento viene ulteriormente ridotta mediante ψ₀: per il carico variabile, ψ₀ = 0.70 produce un coefficiente effettivo di 1.05, mentre per la neve viene utilizzato il valore specificato di ψ_0,S.

Come decide il calcolatore se è principale il carico da neve o il carico variabile?

Entrambe le combinazioni vengono calcolate automaticamente: prima con il carico variabile come azione principale e poi con il carico da neve come azione principale. Il calcolatore confronta i carichi totali di calcolo risultanti e utilizza il valore maggiore, quindi la scelta non dipende semplicemente da quale carico caratteristico sia numericamente più elevato.

Quali valori di carico da neve e carico variabile devono essere inseriti?

Devono essere inseriti i valori caratteristici prima dell'applicazione dei coefficienti 1.35 o 1.50. Il carico da neve deve essere determinato secondo EN 1991-1-3 e l'Appendice Nazionale applicabile, mentre il carico variabile deve essere scelto in base alla categoria d'uso secondo EN 1991-1-1; il calcolatore dei carichi strutturali applica automaticamente i coefficienti di calcolo.

Come viene convertito un carico superficiale in un carico sulla trave?

Il carico in kg/m² viene moltiplicato per l'interasse delle travi in metri, che rappresenta la larghezza della fascia di influenza sostenuta dalla trave. In questo modo si ottiene un carico lineare in kg/m; moltiplicandolo per la lunghezza della trave si ottiene il carico totale in kg.

Come vengono considerati i carichi delle pareti divisorie?

La loro massa totale viene prima calcolata dalla lunghezza complessiva, dallo spessore, dall'altezza e dalla densità del materiale. Questa massa viene poi distribuita uniformemente sulla superficie considerata e il carico superficiale risultante viene trattato come carico permanente con coefficiente 1.35.