Un modello sintetico per la risposta strutturale di edifici diagrid in presenza di shear lag

In the last century, there has been a relevant increase in the construction of high-rise buildings; this is due to the ground space optimization and to the ensuing improvement of the architectural value of cities. For this reasons, in the last 50-60 years a new type of structure has been widely employed: Diagrid structures. These latter differ from commonly used ones for the structural typology of facade, which in this case are composed of diagonal steel elements forming a grid (from which the name derives) in which vertical elements are absent. Hence the diagrid realises one of the bearing mechanism against vertical and horizontal external actions, whilst giving the building a unique and pleasant aesthetic value. The present work is aimed at parametrically investigating, with respect to the diagonal element’s inclination angle, the structural behaviour of Diagrid buildings subjected to horizontal actions. The study has been developed with reference to the transversal deflections and, in particular, to the shear lag phenomenon. These issues have been studied by means of a theoretical approach and, numerically, with a structural modelling software in order to validate the first method. To this aim, an ad hoc analytical formulation has been proposed and, as a first step, applied to the case of a thin-walled section in order to present a case of interest to be compared to the following results. Subsequently, the analythical approach has been applied on a model that exemplifies the Diagrid structure. This consists of a thin-walled section having equivalent parametric stiffness properties obtained from the real structure. In this way a formulation and hence an analysis, reflecting the real behaviour, have been reached and proven to be able to capture and investigate the parametric nature of the problem. Finally, by means of the commercial finite element software MIDAS GEN, a numerical study on Diagrid structures, characterised by varying geometrical patterns, has been carried out. The results obtained have been compared to the ones shown in the previous sections of the thesis.

Nell’ultimo secolo, nelle aree urbane e interurbane, si è fortemente sviluppata l’edificazione di strutture alte con piante di moderate dimensioni. Ciò è dovuto alla razionalizzazione di spazio che ne consegue e alla crescita del valore architettonico della zona interessata. In linea con questi due rilevanti aspetti, negli ultimi 50-60 anni si è diffusa la progettazione e la realizzazione di strutture Diagrid. La differenza tra queste ultime e le altre più comunemente utilizzate per la realizzazione di edifici alti, risiede nella conformazione delle facciate esterne costituite da elementi diagonali in acciaio e contraddistinte dall’assenza di elementi verticali. Esse quindi risultano portanti nei confronti delle azioni orizzontali e verticali e conferiscono un notevole pregio estetico all’edificio senza per questo rendere minore l’efficacia del comportamento strutturale. In questo lavoro di tesi ci si è proposti di investigare parametricamente, rispetto all’angolo di inclinazione dei diagonali, il comportamento strutturale degli edifici Diagrid sottoposti a forze orizzontali. Lo studio è stato condotto sul tema degli spostamenti trasversali e, con particolare attenzione, sul fenomeno di shear lag. Codesti problemi sono stati affrontati sia con approccio teorico che per via numerica attraverso programmi di modellazione strutturale, nell’ottica poi di dimostrare la validità del primo dei due metodi. Per fare ciò è stata innanzitutto fornita una formulazione analitica ad hoc che ha costituito la base per il primo dei due approcci al problema. In seguito si è applicata questa formulazione al semplice caso di una trave in parete sottile, con l’obiettivo di presentare un caso particolare di interesse nell’ottica di un confronto con i risultati successivi. A questo punto si è passati all’applicazione del metodo analitico su un modello esemplificativo di una struttura Diagrid. Quest’ultimo è costituito da una trave in parete sottile caratterizzata da proprietà di rigidezza equivalenti ( di tipo parametrico) ricavate dalla struttura reale. In questo modo si ottengono una formulazione e di conseguenza un’analisi che rispecchiano il comportamento reale e ne riescono inoltre a catturare e approfondire il carattere parametrico. Infine si è condotto, con il software di calcolo MIDAS GEN, uno studio di tipo numerico su strutture Diagrid caratterizzate da una variabile conformazione geometrica e i risultati sono stati confrontati con quelli ottenuti nelle sezioni precedenti del lavoro.