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May 28, 2023

Il sistema con nucleo in acciaio potrebbe trasformare la costruzione di torri per uffici

I provini accoppiati con piastra in acciaio, mostrati prima dell'aggiunta del riempimento in calcestruzzo, presentano diverse spaziature e quantità di traverse e pioli di taglio. Foto per gentile concessione di AISC Una parete a taglio radicalmente diversa

I provini accoppiati con piastra in acciaio, mostrati prima dell'aggiunta del riempimento in calcestruzzo, presentano diverse spaziature e quantità di traverse e pioli di taglio.

Foto per gentile concessione dell'AISC

Un sistema con nucleo a parete a taglio radicalmente diverso per la costruzione più semplice e rapida di grattacieli per uffici con struttura in acciaio sta per fare il suo debutto. Il sistema di pareti composite accoppiate con piastre in acciaio, un sandwich di piastre riempite di calcestruzzo privo di acciaio di rinforzo, fornisce la resistenza, la rigidità, la sicurezza e la funzionalità di un nucleo in cemento armato, ma non è gravato dalla congestione delle armature e dalle casseforme complesse, affermano gli ingegneri strutturali che hanno effettuato test il sistema.

Il muro sandwich, adatto laddove prevalgono i carichi sismici o eolici, “cambia radicalmente le regole del gioco”, afferma Ron Klemencic, presidente e amministratore delegato di Magnusson Klemencic Associates (MKA) e ingegnere strutturale pioniere nel suo utilizzo. MKA prevede che il sistema possa ridurre della metà i tempi di costruzione della sovrastruttura.

Non c'è tempo da perdere per installare l'armatura: le piastre svolgono questa funzione. Non c'è cassaforma: le piastre svolgono anche quella funzione. In assenza di casseforme, armature e tempi di maturazione del calcestruzzo, il nucleo e l'acciaio perimetrale possono sollevarsi di concerto, anziché il nucleo più lento che guida e ritarda l'acciaio più veloce, afferma Klemencic.

Un altro vantaggio è che le sezioni della parete centrale sono prefabbricate in moduli, completi di tiranti che separano le piastre e i montanti a taglio. E le pareti modulari svolgono un triplice compito come supporto per i carichi di costruzione prima che venga aggiunto il riempimento in calcestruzzo.

Anche il sistema ibrido convenzionale, un nucleo in cemento armato con colonne perimetrali in acciaio e sistemi di solai di travi in ​​acciaio che sostengono un impalcato metallico composito, comporta problemi di tolleranza nel punto in cui le travi si collegano al nucleo. Le tolleranze dell'acciaio, stabilite dall'American Institute of Steel Construction (AISC), sono più strette delle tolleranze del calcestruzzo, stabilite dall'American Concrete Institute. Nel sistema delle piastre d’acciaio, l’acciaio si collega all’acciaio, eliminando i problemi di tolleranza e le questioni commerciali di sovrapposizione.

Tutto sommato, la costruzione è più veloce, più semplice e più sicura rispetto a un sistema ibrido, afferma Klemencic. “Se avrà successo, il nuovo approccio trasformerà il mercato”, prevede.

È in corso uno studio da 600.000 dollari, sponsorizzato congiuntamente dalla Charles Pankow Foundation e dall’AISC, per adattare le pareti composite in acciaio – utilizzate per la prima volta negli Stati Uniti nel settore delle centrali nucleari perché sono praticamente impenetrabili – per i grattacieli.

Erano necessari test per applicazioni commerciali perché le strutture nucleari hanno pareti lunghe e tozze, dominate dal taglio, e i grattacieli hanno pareti alte e sottili, dominate dalla flessione, afferma Amit H. Varma, direttore del Robert L. and Terry L. Bowen Laboratory presso Purdue University, che sta conducendo il programma di ricerca triennale in collaborazione con l’Università di Buffalo. Varma, che ha iniziato a testare il sistema nel 2005 per le centrali nucleari, è il ricercatore principale dello studio attuale, in collaborazione con Michel Bruneau della UB.

La ricerca sta sottoponendo sei campioni a forza assiale e carico laterale ciclico e valutando il comportamento strutturale, comprese rigidità, resistenza e capacità di deriva. I provini presentano variabili diverse, come la spaziatura e il numero di barre trasversali e pioli di taglio.

I risultati preliminari del primo di sei test fisici su provini compositi con parete di taglio e piastra in acciaio accoppiati indicano un comportamento eccellente e prestazioni cicliche. Foto per gentile concessione dell'AISC

L'obiettivo è generare dati sperimentali e modelli numerici che forniranno informazioni dettagliate sul comportamento del sistema e consentiranno lo sviluppo di disposizioni di progettazione sismica ed eolica. "Stiamo cercando di ottimizzare il design in modo che diventi più conveniente", afferma Varma.

La squadra ha completato il primo test fisico alla fine del mese scorso. I risultati preliminari indicano “un comportamento eccellente e prestazioni cicliche del campione”, afferma Varma.

Gli stati limite sono quelli previsti, ma la resistenza del provino è addirittura maggiore di quella calcolata utilizzando metodi semplici, equazioni di codici o persino modelli a elementi finiti, aggiunge.