Nodi acciaio: definizione e funzione strutturale
I nodi in acciaio rappresentano le zone in cui travi, pilastri, controventi e fondazioni trasferiscono reciprocamente azioni e sollecitazioni, influenzando in modo diretto il comportamento globale dell’opera.
Se si vuole fornire una definizione tecnica dei nodi in acciaio, essi sono i punti di connessione tra gli elementi strutturali metallici che costituiscono un organismo resistente tridimensionale.
Dal punto di vista geometrico, coincidono generalmente con l’intersezione degli assi di travi, pilastri, diagonali di controvento o elementi di fondazione.
Questi collegamenti assumono un ruolo determinante per garantire sicurezza, stabilità e continuità strutturale. La loro progettazione richiede quindi competenze specifiche, strumenti di modellazione avanzati e procedure di verifica coerenti con le Norme tecniche per le costruzioni (NTC) e gli Eurocodici.
Nodi in acciaio: perché sono importanti
La corretta progettazione dei collegamenti di acciaio in edilizia è fondamentale affinché il comportamento reale dell’opera corrisponda alle ipotesi adottate durante il modello di calcolo.
Una connessione non adeguatamente dimensionata può infatti compromettere la rigidezza globale del telaio, alterare la distribuzione delle sollecitazioni oppure innescare meccanismi locali di crisi. Per tale motivo la verifica dei nodi in acciaio è una delle fasi più delicate dell’intero processo di calcolo strutturale.
Nelle costruzioni in carpenteria metallica, gli elementi principali vengono prodotti separatamente, lavorati in officina e successivamente assemblati in cantiere mediante saldature, bullonature o sistemi misti. Il nodo assume quindi la funzione di trasferire correttamente sforzi e deformazioni tra i diversi componenti della struttura.
Le tipologie di nodi in acciaio
I collegamenti metallici possono essere classificati secondo diversi criteri: rigidezza, resistenza, tecnica costruttiva.
Seguendo una classificazione in base alla rigidezza, dal punto di vista deformativo i nodi si distinguono in:
- nodi a cerniera, capaci di trasmettere prevalentemente azioni assiali e taglianti senza sviluppare momenti significativi;
- nodi rigidi, progettati per trasferire integralmente i momenti flettenti mantenendo continuità rotazionale tra gli elementi;
- nodi semirigidi, caratterizzati da una rigidezza intermedia che influenza la risposta globale della struttura.
La classificazione dipende dalla rigidezza rotazionale della connessione e dal rapporto tra deformazione del nodo e comportamento complessivo del telaio.
In funzione della capacità di resistenza si distinguono invece in:
- nodi a completo ripristino di resistenza;
- nodi a parziale ripristino;
- nodi articolati.
Questa classificazione assume particolare importanza nella progettazione dissipativa in zona sismica, dove il nodo deve garantire specifici livelli di duttilità.
Infine, seguendo una classificazione per tecnica costruttiva, i collegamenti possono essere:
- completamente bullonati;
- completamente saldati;
- misti saldati-bullonati.
Le connessioni bullonate consentono maggiore rapidità di montaggio e di ispezione, mentre quelle saldate permettono maggiore continuità strutturale e riduzione degli ingombri.
Quali sono le connessioni strutturali più utilizzate
Ecco le connessioni strutturali più utilizzate con i nodi in acciaio.
- Collegamenti trave-pilastro
Le connessioni trave-colonna rappresentano i nodi più diffusi nelle strutture intelaiate in acciaio. In queste configurazioni il nodo deve trasferire taglio, azioni assiali e momento tra gli elementi convergenti. Nel caso di edifici multipiano o strutture industriali, tali connessioni assumono un ruolo strategico nella risposta alle azioni orizzontali dovute a vento e sisma.
- Collegamenti trave-trave
Le connessioni trave-trave vengono generalmente impiegate per collegare travi secondarie a travi principali. Nella maggior parte dei casi si adottano nodi a cerniera mediante squadrette, angolari o piatti bullonati. Tali collegamenti consentono il trasferimento dello sforzo di taglio mantenendo una limitata trasmissione dei momenti flettenti.
- Collegamenti di controvento
Le connessioni delle diagonali di controvento sono fondamentali nelle strutture dissipative e nei sistemi resistenti alle azioni orizzontali. I controventi concentrici dissipano energia tramite plasticizzazione delle aste tese, mentre nei sistemi eccentrici la dissipazione avviene attraverso specifici elementi denominati “link”. La progettazione dei nodi di questa tipologia richiede particolare attenzione, soprattutto in presenza di elevato rischio sismico.
- Collegamenti colonna-fondazione
I nodi di base collegano le colonne metalliche alle strutture di fondazione tramite piastre di base e tirafondi. Questi giunti possono essere soggetti contemporaneamente a compressione, trazione, taglio e pressoflessione. La progettazione coinvolge il dimensionamento della piastra base, dei tirafondi e degli irrigidimenti locali.
Normative di riferimento per i nodi in acciaio
La progettazione delle connessioni metalliche è regolata principalmente dai seguenti testi normativi:
- NTC 2018;
- Circolare applicativa n. 7/2019;
- UNI EN 1993 (Eurocodice 3);
- UNI EN 1090 per esecuzione e marcatura CE delle strutture metalliche.
Le NTC richiedono che i collegamenti siano progettati coerentemente con il comportamento globale della struttura e con il livello di duttilità previsto. L’Eurocodice 3 disciplina invece in modo dettagliato:
- classificazione dei collegamenti;
- verifiche di resistenza;
- criteri di duttilità;
- progettazione sismica;
- comportamento a fatica;
- verifiche locali degli elementi connessi.
Nel caso di strutture dissipative in zona sismica, le norme impongono verifiche specifiche sulla gerarchia delle resistenze affinché le plasticizzazioni avvengano negli elementi previsti dal progetto e non nei collegamenti.
Calcolo nodi acciaio: criteri di progettazione
Il calcolo nodi acciaio richiede la determinazione delle azioni agenti sul collegamento e la verifica dei singoli componenti che lo costituiscono. Il progettista deve valutare:
- azioni assiali
- taglio
- torsione
- deformabilità del nodo
- interazione tra bulloni, saldature e piastre.
Nei collegamenti soggetti a momento flettente, la distribuzione delle tensioni viene influenzata dalla geometria della connessione, dalla disposizione dei bulloni e dalla presenza di irrigidimenti.
Le verifiche vengono generalmente eseguite mediante approcci analitici semplificati previsti dagli Eurocodici e strumenti avanzati di analisi e modellazione BIM e FEM.
Verifiche dei nodi in acciaio
Le verifiche dei collegamenti metallici hanno lo scopo di garantire sicurezza, stabilità e durabilità della connessione. Tra le principali verifiche rientrano:
- verifica a taglio del bullone;
- verifica a trazione del bullone;
- verifica combinata taglio-trazione;
- verifica a rifollamento;
- verifica a punzonamento;
- verifica delle saldature;
- verifica delle piastre;
- verifica delle deformazioni locali.
La corretta progettazione deve inoltre considerare fenomeni quali instabilità locale, effetto leva, fatica, deformazioni plastiche concentrate, crisi fragile delle saldature. Nelle strutture sismoresistenti le verifiche assumono un’importanza ancora maggiore, poiché il nodo deve garantire adeguata capacità dissipativa senza perdere resistenza.
Applicazioni pratiche dei nodi in acciaio
Negli edifici multipiano in carpenteria metallica i collegamenti trave-pilastro devono garantire elevata rigidezza laterale e controllo degli spostamenti. In questi casi vengono spesso utilizzati nodi rigidi saldati o bullonati ad alta resistenza.
Nei capannoni industriali prevalgono generalmente connessioni articolate che consentono montaggi rapidi e riduzione dei costi di officina. Le connessioni di controvento assumono invece un ruolo fondamentale per la stabilità globale.
Negli interventi di miglioramento o adeguamento sismico, il rinforzo dei nodi metallici consente di incrementare la capacità dissipativa della struttura esistente. Tra le soluzioni più diffuse rientrano irrigidimenti locali, sostituzione dei bulloni, piastre di rinforzo, controventi supplementari.
CMP Analisi Strutturale di Namirial: il software per il calcolo dei nodi in acciaio
La progettazione dei nodi in acciaio richiede oggi strumenti digitali avanzati capaci di integrare modellazione strutturale, verifica normativa e gestione informativa del progetto, i quali rappresentano un supporto fondamentale per il progettista.
In quest’ottica, il software CMP Analisi Strutturale di Namirial – nato dall’esperienza decennale dello studio CAIREPRO – è un potente strumento Open BIM sviluppato per chi vuole progettare con la massima libertà di scelta.
Grazie all’elevata versatilità, l’utente beneficia di procedure automatizzate, affidabili e controllabili in ciascuna fase di elaborazione del modello – anche contemporaneamente, grazie alle 4 finestre controllabili in simultanea – e gestendo tutti i processi in un unico ambiente di lavoro
Il software è aggiornato alle nuove norme tecniche per le costruzioni D.M. 17 gennaio 2018.
I moduli di CMP Analisi Strutturale sono:
- CMP – CXF: modellatore pre/post-processore grafico per programmi ad elementi finiti, che consente di costruire il modello geometrico della struttura, assegnare proprietà, carichi, vincoli e tutti i dati di completamento necessari per analisi statiche e dinamiche;
- CMP – CXF/D: modellatore pre/post-processore completo di solutore XFinest, analisi statica e dinamica;
- CMP – CXF/NL: modulo CXF con le estensioni non lineari, completo di solutore XFinest per analisi non lineare;
- CMP – CXF/NLPO: modulo CXF con estensioni non lineari e Pushover, completo di solutore XFinest per analisi non lineare e abilitato all’analisi di Pushover per strutture in calcestruzzo armato con modello non lineare a fibre per elementi tipo beam 3D;
- CMP – CXF LT/D: modulo CXF con limitazione a modelli fino a 1000 nodi, completo di solutore XFinest Lite, analisi statica e dinamica.
- CMP – POST: post-processore analisi, calcolo e modellazione per i software SAP2000;.
- CMP – POST GATE: porta di collegamento per esportazione nel post CMP, valido per modelli analizzati e calcolati in SAP2000 e Straus7;
- CMP – PIASTRE/XF: procedura per l’analisi piastre in calcestruzzo armato gettate in opera di forma generica;
- CMP – PO PUSHOVER: modulo aggiuntivo alla configurazione CXF/nL per analisi di Pushover per strutture in calcestruzzo armato con modello non lineare a fibre per elementi tipo beam 3D.
- CMP – ESTENSIONE CALCOLO MURATURE: modulo aggiuntivo per progettare e verificare gli edifici in muratura, nuovi o esistenti.
Con CMP Analisi Strutturale, parte della vasta gamma di soluzioni tecnologiche per l’edilizia di Namirial, calcolo, analisi e verifica delle strutture, sia nuove che esistenti, è possibile con la massima versatilità e il pieno controllo della modellazione e dei risultati.
