Edifici Alti - I parte

Salve Amici/Colleghi,

voglio riportarvi uno stralcio del mio lavoro di tesi dal Titolo "Interazione Forma Struttura negli edifici alti con geometria complessa".

Per praticità dividerò lo stesso in più parti, iniziamo quindi con la prima.

Cenni Storici

Prima Generazione: Ghisa e muri esterni in Muratura

Alla prima generazione appartengono gli edifici alti costruiti tra il 1850 e il 1910. In questi edifici è possibile distinguere un sistema resistente ai carichi verticali (gravità), costituito da pilastri interni in ghisa e un sistema resistente ai carichi orizzontali (vento e sisma), costituito da spesse pareti perimetrali in muratura. Per poter resistere agli elevati carichi gravitazionali gli spessori al piano terra potevano raggiungere anche le dimensioni di 1,8 – 2,10 metri. Ad esempio nel Monadnock building di Chicago, un edificio alto 60 metri costruito nel 1893, la muratura al piano terra arrivava ad occupare il 15% della superficie  totale. 

Seconda Generazione: Azioni Assorbite dalla Struttura Metallica
La funzione portante è interamente affidata alle intelaiature metalliche, spesso inglobate nel calcestruzzo, mentre la muratura è solamente utilizzata in facciata come elemento di chiusura verticale. Grazie all’introduzione dell’acciaio è possibile avere la pianta più libera e facciate vetrate più ampie, in modo da poter avere una migliore illuminazione naturale; inoltre si raggiungono altezze da record per quei tempi e si riducono sensibilmente i tempi di costruzione. Nonostante ciò, a causa dell’assenza di metodologie di calcolo avanzato, tali strutture risultano sovradimensionate con un enorme impiego di materiale. I due sistemi strutturali inizialmente impiegati sono il rigid frame system (sistema a telaio rigido) e il braced frame system (sistema a telaio controventato).

Terza Generazione: Strutture a Tubo
Gli edifici alti di terza generazione, collocati in un arco temporale che va all'incirca dal 1950 al 1970, hanno come caratteristica distintiva la struttura cosiddetta a tubo in cui gli elementi resistenti ai carichi orizzontali sono disposti sul perimetro.Il sistema a tubo rappresenta un’evoluzione logica delle convenzionali strutture a telaio, in quanto i sistemi a telaio controventato o con pareti a taglio diventano inefficienti per edifici superiori ai 50 piani. La struttura a tubo, la cui paternità è attribuita a Fazlur Rahnar Khan, ha come caratteristica principale l’impiego di colonne perimetrali ravvicinate interconnesse attraverso travature alte cosicché tutto l’edificio lavora come un’enorme mensola verticale per resistere ai momenti di ribaltamento. 

Quarta Generazione: Nuovi Trend

I sistemi strutturali innovativi e rappresentativi di questa generazione sono:

• Hybrid systems
• Diagrid structures
• Mega-structures
• Outrigger systems
• Buttressed core systems

Le diagrid structures hanno come punto di forza l’efficacia delle controventature diagonali che possono sopportare i carichi gravitazionali e orizzontali in virtù della configurazione triangolare distribuita uniformemente; inoltre tutte le colonne perimetrali verticali sono eliminate Esempio di tale struttura è la Swiss Re  di Norman Foster, una torre alta 180 metri con 40 piani.

Le Mega structures sono sistemi strutturali costituiti da un numero ridotto di colonne e di controventature di grandi dimensioni atte a formare super-telai o super-tralicci spaziali. In queste strutture gli elementi verticali ed orizzontali sono realizzati tramite travature reticolari. Valido esempio è l’Hong Kong and Shanghai Bank . 

Gli Outrigger systems prevedono un nucleo centrale dal quale sporgono delle mensole orizzontali, travature reticolari vere e proprie, che collegano il nucleo con le colonne perimetrali. Tale collegamento chiama in causa la rigidezza assiale delle colonne perimetrali nella resistenza al momento ribaltante globale. Oltre alle colonne situate all’estremità delle mensole, si possono mobilitare anche le altre colonne perimetrali realizzando una cintura reticolare (belt truss) che gira intorno alla struttura irrigidendo i telai di facciata. 
Il Buttressed core system è stato usato per la realizzazione degli 828 metri del Burj Khalifa. Il nucleo con contrafforti in cemento dà all’edificio un appoggio come un treppiede che migliora la stabilità. Esso lavora in questo modo: tre ali strutturali si estendono fuori da un nucleo centrale. Le ali provvedono al supporto dell’edificio e il nucleo tiene le ali fermamente ancorate cosicché non ruotino a causa del vento. 



.......continua