I nodi sono i dispositivi necessari a collegare elementi diversi, tramite cui è possibile trasmettere le caratteristiche di sollecitazione tra le varie membrature collegate; si hanno nodi pilastro – trave, trave principale – trave secondaria, pilastro – fondazione. La Norma, al paragrafo 7.4.4.3, definisce il nodo come “la zona del pilastro che si sovrappone alle travi ad esso concorrenti”, distinguendone due tipologie:
- interamente confinato, quando in ognuna delle quattro facce si innesta una trave;
- non interamente confinato, quando non appartiene alla categoria precedente.
È un elemento fondamentale in ambito strutturale, a cui bisogna prestare grande attenzione perché, essendo l’elemento di connessione di travi e pilastri, deve avere caratteristiche di resistenza tali da evitare la rottura anticipata rispetto agli elementi che esso collega. Da un punto di vista meccanico, i nodi possono essere classificati in funzione della rigidezza rotazionale o del momento resistente. Secondo la rigidezza rotazionale si hanno nodi:
- a cerniera, che trasmettono le forze interne senza far sviluppare momenti secondari significativi;
- rigidi, che trasmettono le sollecitazioni di progetto evitando che la sua deformazione faccia insorgere effetti secondari che possano ridurre la resistenza dell’unione; non si manifesta differenza tra le rotazioni assolute degli elementi collegati, ovvero la rotazione relativa è nulla;
- semirigidi, che non soddisfano le due condizioni precedenti.
Secondo la classificazione per resistenza si possono avere nodi:
- a cerniera, che devono consentire le rotazioni risultanti sotto i carichi di progetto e la capacità di rotazione deve essere tale da permettere lo sviluppo delle cerniere plastiche necessarie;
- a completo ripristino di resistenza, che sono in grado di trasmettere le caratteristiche di sollecitazione ultime del meno resistente tra gli elementi collegati;
- a parziale ripristino di resistenza, che sono in grado di trasmettere le caratteristiche di sollecitazione di progetto ma non quelle ultime dell’elemento meno resistente.
Da un punto di vista realizzativo, i nodi possono essere completamente saldati, completamente bullonati, oppure solo parzialmente saldati o bullonati. La saldatura crea continuità tra i due pezzi da unire mediante fusione, mentre con la bullonatura si utilizzano bulloni, serrati tra i due elementi da collegare. La saldatura completa è la tipologia di unione più utilizzata, poiché è in grado di ridurre notevolmente le rotazioni nodali e quindi porta il comportamento verso l’infinitamente rigido.
Esempio applicativo: calcolo e verifica di nodi in acciaio
IperSpace BIM consente di effettuare l’analisi ed il calcolo di nodi di acciaio tramite l’integrazione con IDEA StatiCa Connection.
Data la presente struttura in acciaio a due piani con sezioni di tipo parametrico, dopo aver eseguito il calcolo, selezionando un nodo si apre la possibilità di Calcolo con Idea StatiCa e si può eseguire lo studio della connessione in acciaio.
Facendo click sul check corrispondente si indica qual è l’asta portante e facendo click su Finito si apre la schermata da cui poter successivamente creare il collegamento.
Selezionando il comando Operazione, si apre una finestra da cui poter attivare un’operazione di produzione; ad esempio si sceglie “giunto con flangia sfalsata”.
A titolo esemplificativo si sceglie di collegare la trave M2 con classe dei bulloni M12 8.8. Successivamente se ne definiscono le caratteristiche:
Si sceglie l’elemento da collegare (M2) e quello a cui è connesso (colonna M4), il tipo di connessione (imbullonato), le dimensioni (al profilo), il tipo di bulloni e di saldatura.
Si collega ora una trave (M1) con un moncone. Dalla finestra delle operazioni precedente si sceglie l’opzione “Moncone piastra con piastra” e dalla finestra successiva se ne particolarizzano le caratteristiche:
Si definiscono la posizione e lo spessore dell’elemento M1, la posizione dei bulloni e tutti gli altri parametri. Per applicare il taglio all’elemento moncone, sempre da “operazione” si clicca su “taglio”. Si seleziona l’elemento (MONC1), si indica da quale elemento è tagliato (M4) e si scelgono i parametri delle saldature.
Per inserire un’apertura sull’anima della trave M1, si va in “Operazione” e si seleziona “Apertura”. Indicando la parte di sezione su cui inserire l’apertura (M1/Anima 1), è poi possibile inserire dei rinforzi. Le caratteristiche sono riportate in figura:
Per collegare la trave M3 con delle squadrette, si utilizza l’operazione “Coprigiunto”:
Si seleziona la piastra dell’elemento sul quale inserire in coprigiunto (M3/Anima 1), si definisce la posizione della piastra (entrambi, per definire una doppia squadretta) e quindi il tipo di profilo (3 – L80x8). Si definiscono poi il profilo e la posizione dei bulloni.
Per aggiungere ulteriori squadrette sulle ali, si effettua una copia dell’operazione di produzione cliccando su “copia”. Si cambia il riferimento (che ora sarà M3/Ala superiore 1), si sceglie una lunghezza del coprigiunto pari a 90 ed una posizione posteriore. I bulloni sono M12 8.8, con posizione diversa dalla precedente (-25 50).
Successivamente si copia questo coprigiunto (formando quindi il terzo), variando la posizione (frontale) ed il riferimento della piastra (M3/Ala inferiore 1).
Infine, andando sempre su “Operazioni”, “Rinforzi”, si aggiungono i rinforzi su M3.
Si definisce lo spessore (9) e la posizione lungo x (120). Come conteggio ripetuto si sceglie 2, in maniera tale da inserire un secondo rinforzo ad una distanza di 100 mm dal primo. Ultimata la modellazione è possibile lanciare la verifica cliccando su “Calcola”. È possibile visualizzare lo sforzo equivalente per il caso di carico corrente:
È inoltre possibile visualizzare le forze di trazione nei bulloni cliccando su “Forze bulloni”. Allo stesso modo verranno visualizzati anche gli sforzi di taglio:
Se si desidera stampare la relazione, è possibile visualizzarla dall’apposita finestra dopo aver concluso il calcolo.
Acquista il link per l’importazione automatica della geometria del nodo e delle combinazioni di carico da IperSpace BIM nel software IDEA StatiCa Connection 20 di Eiseko. Il link consente di progettare e verificare unioni in acciaio saldate e bullonate, connessioni e piastre di base senza limitazione nella forma né nei carichi, fondazioni e ancoraggi.
