Eurocodice 8 Masterclass: progettazione sismica con RFEM 6

Il corso introduce l'analisi sismica secondo l'Eurocodice 8 con RFEM 6: basi normative, spettro di risposta multimodale, analisi non lineare, modello edificio e Geo-Zone Tool. Materiali e modelli sono scaricabili gratuitamente, al termine si riceve un certificato e RFEM 6 ha una versione di prova di 90 giorni.

La lezione illustra i cinque capitoli del corso e le dieci sezioni dell'Eurocodice, con l'Eurocodice 8 sulla resistenza sismica e il suo primo capitolo su regole generali, azioni sismiche ed edifici. Presenta gli add-on analisi modale, spettro di risposta, push over e Time History e i progetti clienti sul sito.

La parte teorica classifica i tipi di terreno da A a E, poi nel Geo-Zone Tool si scelgono norma e appendice nazionale: per Londra il PGA vale 0,02 volte g, per la Germania zona sismica e classe del sottosuolo. Il finale distingue spettro di progetto, usato per le verifiche, e spettro di risposta elastico.

Parte teorica: distingue i due metodi lineari dell'EC8, analisi con spettro di risposta semplificata e multimodale, secondo la regolarità di pianta e prospetto e il 90% della massa totale. Presenta poi i metodi non lineari: pushover (spettro di capacità, coefficiente di spostamento, N2) e time history.

Apre la finestra Base Data del modello in acciaio in RFEM 6, attiva l'add-on Modal Analysis nella scheda Add-ons e assegna l'Eurocodice 8 con appendice tedesca nella scheda Standards. Mostra poi i casi di carico: peso proprio, carichi imposti su copertura e primo piano, vento in X e Y.

Crea in RFEM il caso di carico analisi modale, ne imposta il tipo su Modal Analysis e importa le masse dal caso stesso con il peso proprio attivo. Applica un carico nodale di massa da 10 tonnellate, poi spiega la combinazione delle masse: phi 1.0 sulla copertura, 0.8 sui piani con occupazioni correlate.

Nella finestra Load Cases and Combinations imposta il metodo User-defined su 28 modi, limitando le direzioni della matrice di massa a X e Y. Crea una Design Situation con la combinazione di massa sismica (peso proprio più il 30% del caso di carico 2 e il 21% del caso di carico 3) e la assegna al caso di carico 6.

Lancia il calcolo in RFEM: nella tabella delle masse modali efficaci bastano 2 dei 28 autovalori per superare il 90% in ogni direzione, poi filtra i risultati rotazionali. Passa ai risultati dell'analisi statica, mostrando le forze normali e di taglio sulle aste in diagramma.

Parte teorica: spiega come il software calcoli le deformate modali dalla distribuzione di massa e la massa modale efficace necessaria per il 90% della massa totale. Con la regola del 5%, RFEM seleziona in automatico i modi da includere; consiglia di verificare la massa modale totale.

Apre il secondo esempio, in cemento armato: scelta la combinazione 1 come sorgente delle masse, il calcolo dà dal 35% al 39% in X e Y per via della platea da 80 cm. Nella sezione Neglect Masses sceglie User-defined sulla platea e ricalcolando arriva a circa il 90%, con la rigidezza sempre considerata.

La parte teorica elenca i valori per lo spettro di risposta: zona sismica, tipo di terreno, categoria di importanza e coefficiente di comportamento 1,5. In RFEM 6 si attiva l'analisi con spettro di risposta in Edit Model & Base Data, si mostra dove stanno questi valori, poi tutto viene cancellato.

Si crea un caso di carico chiamato spettro di risposta e si imposta il tipo di analisi con spettro di risposta, disponibile perché attivata in Edit Model & Base Data. Si sceglie il caso di carico 6 da cui importare l'analisi modale; impostazioni spettrali e torsione eccezionale restano per un'altra lezione.

Attivando le direzioni X e Y gli spettri si generano secondo l'EC8 con appendice nazionale tedesca 2023. Il tipo di definizione offre anche spettro definito dall'utente o da accelerogramma, con libreria di terremoti registrati. Si imposta terreno BR e accelerazione massima al suolo 0,8, poi si filtrano i modi al 5%.

La teoria distingue e0 ed e2, automatiche in RFEM, dall'eccentricità accidentale e1, pari a 0,05 volte la lunghezza dell'edificio secondo la sezione 4.3.2 dell'Eurocodice, da cui un momento per ogni punto della mesh FE. Si attiva l'opzione con 5% di default e lunghezza automatica o definita dall'utente.

Le risposte modali si combinano con SRSS per modi ben separati o CQC per modi ravvicinati, poi le due direzioni con la regola del 100% 30%. In Spectral Analysis Settings si sceglie CQC, si salvano i risultati di tutti i modi selezionati e si imposta la somma scalata 100% 30%, regolabile al 40%.

Prima del calcolo si disattiva l'eccentricità accidentale e si lancia Calculate All. Nei risultati si osservano gli spostamenti generalizzati: modo 1 in Y pari a 9,6 mm e modo 7 in X pari a 1,8 mm, oltre a forze normali, di taglio e momenti flettenti, con l'animazione della deformata.

In Design Situations si crea la situazione sismica, la cui formula combina azioni permanenti, sismiche e variabili, con fattore 0 per il vento, 1,0 per i permanenti e 0,3 per i variabili. Si aggiunge la situazione ULS classica e una seconda combinazione di risultati che ne raccoglie tutte le combinazioni.

Copiando due aste con Ctrl si crea un Result Beam alto come la struttura, che integra tensioni e forze da aste e superfici. Dopo il calcolo il taglio vale 39,3 kN nella combinazione di risultati due e 56 kN nella uno: il sisma governa sul vento. Due finestre affiancate permettono il confronto.

La teoria presenta la formula del coefficiente theta con peso totale sopra il piano, drift di interpiano, taglio sismico di piano e altezza di piano: oltre 0,3 la struttura è instabile. Nell'esempio copertura e piano intermedio restano sotto 0,1, quindi basta il primo ordine; sopra 0,1 servono anche le imperfezioni.

Parte teorica: presenta l'add-on Building Model di RFEM 6, che raggruppa i piani, genera sezioni risultanti su pareti e solai e mostra spostamenti e forze orizzontali per l'analisi dinamica. Spiega anche il diaframma rigido, che permette un modello a sbalzo multimassa, e il problema della massa equivalente al 90%.

In RFEM 6 attiva l'add-on Building Model nei dati di base e definisce cinque piani, quattro più l'ingresso, con altezza riconosciuta in automatico. Non usa la rigidezza del solaio: le superfici hanno già lo spessore effettivo. Porta poi un piano a 6 m per confrontare vincolato in alto e proporzionalmente, e annulla.

In RFEM 6 esegue l'analisi con spettro di risposta e legge 10 modi con masse modali efficaci oltre il 90% in X e Y. Passa poi ai risultati per piani: azioni dei piani e drift di interpiano. Crea una parete di taglio con sezioni di risultato e isola il terzo piano in wireframe con la risultante attiva.

Parte teorica sul metodo N2 dell'Eurocodice 8 per l'analisi pushover in RFEM 6: analisi statica non lineare con approccio modale e carico orizzontale crescente. Spiega la curva di capacità, il punto di prestazione e il criterio di verifica al 150% della deformazione massima.

Nell'esempio 3 di RFEM 6 si attiva l'analisi push over, che richiede l'analisi modale. Si creano Member Hinges non lineari con diagramma plastico FEMA 356 attorno agli assi Y e Z, gialli in campo elastico e arancioni in plastico. Segue la situazione di progetto sismica con un caso di carico modale.

Si crea la combinazione di carico per l'analisi pushover in RFEM, direzione Y, con incremento del 10% e arresto a 300 mm di deformazione limite. Lo spettro di risposta secondo l'Eurocodice 8 è spettro elastico, terreno tipo E, accelerazione di riferimento 3 m/s² e massima 10,5 m/s².

Con Calculate All si esegue l'analisi push over e si osservano gli spostamenti generalizzati e le cerniere gialle, ancora elastiche. Nei risultati si confrontano il valore T di 120,3 e il valore M di 120,7: una sola iterazione resta sotto il 5% definito nelle Pushover Analysis Settings.

Si crea un diagramma di calcolo Pushover ADRS che unisce spettro di risposta e curva di capacità e mostra il punto di prestazione a 120,3 mm. Il criterio EC8 divide lo spostamento massimo per 1,5: la verifica resta accettabile e al coefficiente di carico 45 la struttura assorbe ancora molto carico.

Si crea un secondo spettro di risposta EC8 elastico, terreno tipo Other, accelerazione al suolo 6 m/s² e coefficiente TC 0,8, poi un terzo con accelerazione 12. Nelle Pushover Analysis Settings lo spostamento limite passa a 800 mm e due copie della combinazione di carico prendono i nuovi spettri.

Con la regola del 5% disattivata il calcolo arriva fino alla fine: nel diagramma push over della combinazione 3 il comportamento diventa del tutto plastico e inutilizzabile. Nella combinazione 4 lo spostamento massimo interseca la zona plastica, la struttura è instabile e nei Member Hinges le cerniere sono arancioni.