Le NTC 2018 al § 3.2.3. ipotizzano che l’azione sismica sia caratterizzata da tre componenti traslazionali: due orizzontali X e Y e una verticale Z, tra loro indipendenti. Sono, quindi, completamente trascurate le 3 componenti rotazionali; si ricorda, a tal proposito, che i gradi di libertà di un corpo nello spazio sono 6: 3 traslazioni e 3 rotazioni.
Nella maggior parte dei casi sono prese in considerazione solo le due componenti orizzontali assumendo che sia nulla quella verticale.
Il valore dell’azione sismica che agisce su una struttura può essere espressa mediante:
- la massima accelerazione attesa al sito;
- uno spettro di risposta in accelerazione;
- un accelerogramma.
Lo spettro di risposta in accelerazione proposto dalla Normativa è riferito ad uno smorzamento convenzionale del 5% e tiene conto, a partire dai parametri di pericolosità al sito (in funzione di un determinato periodo di ritorno), delle modifiche che può subire l’azione sismica per effetto della particolare stratigrafia e topografia del sito in esame.
In alcuni casi è necessario, oltre che obbligatorio, portare in conto anche gli effetti prodotti dalla componente verticale del sisma (generalmente associata al movimento sussultorio).
In particolare, riferendosi solo agli edifici, si deve considerare anche lo spettro di risposta verticale se:
- gli elementi orizzontali hanno luce maggiore di 20 metri;
- sono presenti elementi precompressi (ad eccezione di solai di luce inferiore a 8 metri);
- sono presenti elementi a mensola di luce maggiore di 4 metri;
- le strutture sono di tipo spingente;
- nell’edificio sono presenti pilastri in falso;
- alcuni piani sono sospesi.
L’azione verticale va portata in conto in tutti questi casi purché l’accelerazione al sito nel periodo di riferimento superi il valore di 0.15 g. Le equazioni che definiscono lo spettro di risposta in accelerazione della componente verticale, hanno la stessa forma di quelle relative alla componente orizzontale: varia il fattore che quantifica l’amplificazione spettrale massima, che nel caso dell’azione orizzontale è un parametro di pericolosità del sito F0.
Il fattore di amplificazione verticale FV è definito in funzione di FO attraverso la relazione:
![\[ F_{v}=1.35\cdot F_{0}\cdot\left(\frac{a_{g}}{g}\right)^{0.5} \]](https://www.soft.lab.it/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-443a3332d79a35a05cd978ec5e00280f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
È da osservare che i parametri TB, TC e TD non dipendono dalla sismicità del sito come per la componente orizzontale ma assumono valore pari rispettivamente a 0.05 s, 0.15 s e 1 s, indipendentemente dalla categoria di sottosuolo. Anche il coefficiente di amplificazione stratigrafica Ss è in tutti i casi pari a 1.
Spettro verticale in IperSpace BIM
Per portare in conto, in fase di calcolo e analisi di una struttura in IperSpace BIM, la componente verticale dell’azione sismica, la corretta procedura da seguire è descritta di seguito.
In linea generale la filosofia di calcolo di IperSpace BIM è quella di analizzare separatamente la condizione con sisma verticale e successivamente, combinare i risultati ottenuti con la condizione di sisma orizzontale.1. Si creano due spettri di risposta in accelerazione: uno relativo alla componente orizzontale e uno per quella verticale; quest’ultimo si ottiene spuntando con un check, nella finestra delle proprietà ad esso associata, l’etichetta Spettro Verticale.
2. Successivamente si procede alla creazione di due Scenari di Calcolo. Il primo, relativo alle azioni orizzontali, è lo stesso che si utilizzerebbe nel caso si portasse in conto solo la componente orizzontale, come avviene nella maggioranza dei casi, senza nessun tipo di modifica.
Il secondo, a cui associare lo spettro verticale, deve essere caratterizzato da due combinazioni di carico, SLV e SLD, per ognuna della quali si deve impostare come tipologia di analisi rispettivamente Modale Verticale STR e Modale Verticale SLE.
3. A questo punto, può essere lanciato il calcolo considerando solo la presenza del sisma verticale; chiaramente lo scenario da associare è il secondo tra i due definiti nello step precedente.
Conviene, in questa fase, azzerare le masse orizzontali all’interno delle proprietà del calcolo, in modo tale che questo risulti più veloce.
I modi di vibrare della struttura, trattandosi di un’analisi agli autovalori e autovettori, sono ordinati in maniera inversamente proporzionale al periodo di vibrazione T: al primo modo di vibrare compete, infatti, periodo massimo T1 (periodo fondamentale, con T1>T2>…>TN). L’azzeramento delle masse, appena definito, fa sì che vengano direttamente esclusi i modi di vibrare orizzontali che risulterebbero quelli predominanti (poiché la deformabilità orizzontale è maggiore di quella verticale). Avremo quindi che, il numero di frequenze da eccitare per raggiungere l’85% delle masse partecipanti, sarà nettamente più basso.
4. I risultati ottenuti da questa prima analisi devono essere combinati con quelli che si ottengono nel calcolo della struttura considerando il sisma orizzontale.
Prima di lanciare questa seconda analisi, all’interno della finestra delle proprietà, deve essere attivato il Sisma Verticale, specificando a quale calcolo fare riferimento e scegliendo di azzerare le masse verticali. Quest’ultimo passaggio non sarebbe necessario poiché i primi modi risulteranno comunque quelli orizzontali per la stessa motivazione spiegata al punto precedente.
5. Tutti i risultati che si ottengono al termine di questo calcolo sono relativi alla condizione di sisma orizzontale associato a quello verticale; in automatico il numero di combinazioni sismiche, per tener conto che il baricentro delle masse può non coincidere con quello delle rigidezze, risulta essere pari a 64, il doppio del caso in cui il sisma verticale è ignorato.
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