Quaderno 05 · 2020

Q5 Singolo

Progettazione sismica degli elementi non strutturali: spettri di accelerazione al piano

Seismic design of non structural elements: floor acceleration spectra

Simone Peloso¹, Beatrice Chichino¹, Giulia Fagà¹, Davide Bolognini¹
¹ Fondazione Eucentre – Centro Europeo di Formazione e Ricerca in Ingegneria Sismica, Via Adolfo Ferrata, 1 – 27100 Pavia


DOI 10.7414/PS.12.1.5

Sommario
La riduzione del rischio sismico del sistema edificio, inteso come insieme di struttura portante ed elementi non strutturali, non può prescindere da un’adeguata progettazione di ciascuno dei componenti. Quanto riportato nel seguito mira a fornire spunti di riflessione e chiarire alcuni aspetti di ingegneria sismica legati agli elementi non strutturali e agli spettri di accelerazione di piano.
Un’adeguata progettazione sismica deriva dalla comprensione di alcuni principi e concetti che normalmente coinvolgono e competono a figure diverse tra cui progettisti, produttori, installatori e direttori dei lavori. Le attuali Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC18) definiscono in maniera sufficientemente dettagliata compiti e responsabilità, ma il raggiungimento del livello prestazionale desiderato deriva dal contributo di tutti gli attori coinvolti. Le verifiche sismiche, come tutte le altre, non sono altro che il risultato del confronto tra una sollecitazione (domanda sismica in termini di accelerazione, forza e/o spostamento) e la corrispondente capacità o resistenza. Nel seguito vedremo, in maniera sintetica, con un approccio più divulgativo che scientifico, come valutare le due grandezze ed effettuare il confronto.
Dopo una descrizione qualitativa del comportamento sismico delle strutture e della loro interazione con gli elementi non strutturali, si approfondirà il concetto di spettro di accelerazione al piano. Saranno poi approfonditi i metodi di calcolo degli spettri di accelerazione di piano, tentando di renderli più chiari anche ai non addetti ai lavori: saranno considerati sia il più rigoroso metodo basato su analisi dinamiche, sia le formulazioni semplificate previste dalla Circolare applicativa delle attuali Norme Tecniche per le Costruzioni.
Partendo dalla definizione degli spettri elastici di accelerazione al terreno, si vedrà come questi dipendano dalle caratteristiche del sito di costruzione e come debbano essere modificati in considerazione delle caratteristiche dinamiche della struttura per ottenere gli spettri di piano necessari per la progettazione degli elementi non strutturali. Il lavoro sarà infine concluso da un semplice caso studio che consentirà di analizzare le differenze tra i diversi metodi di calcolo.

Parole chiave
Elementi non strutturali, spettri di piano, formulazioni semplificate.

Abstract
The reduction of the seismic risk of a building system, including both the principal supporting structure and the non-structural elements, cannot be separated from an adequate design of each of the components. The following aims to provide some basis and to clarify some aspects of seismic engineering related to non-structural elements and floor acceleration spectra.
An adequate seismic design requires the understanding of some principles and concepts that normally involve and compete with different figures including designers, manufacturers, installers and directors of works. The current Italian Building Code (Norme Tecniche per le Costruzioni 2018) defines tasks and responsibilities in a sufficiently detailed manner, but the achievement of the desired performance level comes from the contribution of all the actors involved. Seismic design is nothing more than the respect of the correct proportion between the seismic input (seismic demand in terms of acceleration, force and/or displacement) and the corresponding capacity or resistance. The following will give a synthetic and informative overview about how to evaluate these two quantities.
After a qualitative description of the seismic behaviour of the structures and their interaction with non-structural elements, the concept of floor acceleration spectrum will be discussed. The calculation methods for such spectra will be then deepened, trying to make them clearer even to those not expert in seismic design: both the most rigorous method based on dynamic analysis and the simplified formulations provided by the Italian Building Code will be briefly summarised.
The document will try to clarify the dependence of the elastic spectrum of acceleration at the ground on the characteristics of the construction site and on the limit state selected for the design. Besides, the relation between ground excitation and floor spectrum will be discussed investigating the role of the dynamic characteristics of the principal structure. The work will finally be concluded by a simple case study which will allow to analyse the differences between the calculation methods and the resulting floor acceleration spectra.

Keywords
Non-structural elements, floor acceleration spectrum, simplified approach.