Analisi critica degli approcci progettuali per strutture industriali monopiano in acciaio in accordo alle normative EC3 e AISC360

Independently on the finite element analysis softwares available in engineering offices, routine design of steel structures is usually carried out following two separated steps: i) structural analysis of the overall frame, aimed at evaluating the set of displacements, internal forces and moments and stress distributions for each frame component; ii) member safety checks, strictly depending on suitable criteria regarding deformability, resistance and stability. Because of the historical and economic dynamics, nowadays engineers design/verify and produce civil works all over the world. Therefore, designers should be familiar with the use of widely accepted steel design codes. These specifications are characterized by significant differences from the point of view of practice and concept. So a direct comparison between them is never trivial or obvious. Within each code, different methods of analysis/verification are proposed, leaving the designer the choice of which method to use. In light of these considerations, in this thesis will be made a direct comparison between the design rules adopted by European and American directives (EN 1993-1-1 (2005) and AISC360 (2010)), focusing on single-storey steel industrial structures. It should be noted that any legislation will be analysed and applied with all the methods proposed, that are 4 for the European code (DAM, RAM, GEM, FOM) and 3 for the American one (DAM, ELM, FOM). It is described a parametric study in terms of geometry, load conditions and degree of the rotational stiffness of beam-to-column joints, in order to see if there are substantial differences between the methods proposed by any code, and among the codes themselves. Such comparisons will be based not only on elastic analysis, but also on elasto-plastic analysis (both considering geometric nonlinearity effects where required), estimating thus also the aspects where the plasticity of the material affects the behavior of the structure.

Indipendentemente dai software agli elementi finiti a disposizione negli uffici d’ingegneria civile, nella quotidianità la progettazione di strutture in acciaio è realizzata seguendo due aspetti distinti: i) la modellazione e l’analisi strutturale dell’intera struttura, col fine di valutare il set di spostamenti, azioni interne, momenti e le distribuzioni di sollecitazioni per ogni componente strutturale; ii) i controlli sulla sicurezza degli elementi, strettamente dipendente da appropriati criteri riguardanti deformabilità, resistenza e stabilità. Oggigiorno le dinamiche storico-economiche hanno portato i progettisti a verificare/progettare e realizzare opere (sia in acciaio che non) in tutto il mondo. Per questo è essenziale che essi siano familiari con l’utilizzo di diverse direttive vigenti in ambito internazionale. Ognuna di queste norme risulta caratterizzata da sostanziali differenze se confrontata con le altre, sia a livello pratico che concettuale, per cui un confronto diretto tra esse non è mai banale o scontato. Inoltre, all’interno di ogni norma, vengono proposti differenti metodi di analisi/verifica delle strutture, lasciando al progettista la scelta di quale metodo adoperare. Alla luce di queste problematiche nasce questo lavoro di tesi, dove viene realizzato un confronto diretto tra le regole di progettazione adottate dalle direttive europea (EN1993-1-1 del 2005) ed americana (AISC360 del 2010), concentrandosi su strutture industriali monopiano in acciaio. Per ogni normativa vengono analizzati e applicati tutti i metodi proposti, che sono 4 per quella europea (DAM, RAM, GEM, FOM) e 3 per quella americana (DAM, ELM, FOM). Viene descritto uno studio parametrico riguardante telai piani, differenti per geometria, condizione di carico e grado di rigidezza trave-colonna, con lo scopo di avere un quadro di casistiche completo per poter individuare le differenze sostanziali tra i metodi proposti da ogni normativa e tra le normative stesse. Tali confronti saranno basati non solo su analisi elastiche, ma anche su analisi elastoplastiche (entrambe considerando gli effetti di non linearità geometrica ove richiesto in normativa), valutando così anche gli aspetti in cui la plasticità del materiale incide sul comportamento della struttura.