Edifici alti in calcestruzzo: le linee guida per la progettazione | Ingegneri.info

Edifici alti in calcestruzzo: le linee guida per la progettazione

Pubblicate le linee guida per la progettazione degli edifici di grande altezza con struttura in calcestruzzo, curate da The Concrete Centre e Federation Internationale du Beton

wpid-25755_theshardrenzopianopaulwilkinson.jpg
image_pdf

The Shard a Londra, uno dei casi di studio presenti nelle Linee guida sugli edifici alti in calcestruzzo (foto: Paul Wilkinson/Flickr)

Le linee guida “Tall Buildings – Structural design of concrete buildings up to 300 m tall”, pubblicate dal The Concrete Centre (TCC), centro di ricerca inglese sul calcestruzzo strutturale, e dalla Fédération Internationale du Béton (Fib), rappresentano a oggi uno dei documenti più avanzati a livello internazionale sul tema complesso della progettazione e costruzione di edifici alti con impiego prevalente del calcestruzzo come materiale strutturale. 

Le linee guida sono il risultato di un ampio lavoro di approfondimento e di dibattito svoltosi in seno al Task Group “High-rise buildings”, costituito nel 2009 in seno a Fib in collaborazione con TCC. Il Task Group, cui hanno collaborato diversi esperti internazionali del settore, aveva il compito di raccogliere una sintesi dell’esperienza e delle conoscenze più avanzate, per quanto attiene sia agli aspetti progettuali che a quelli costruttivi degli edifici alti.

LEGGI ANCHE: Torri e grattacieli, quali sono i criteri di costruzione?

Si assiste infatti oggi a una tendenza sempre più diffusa nel mondo a costruire in altezza, specialmente in aree geografiche dove è in corso un forte incremento demografico. Ciò comporta una sfida unica per gli architetti, ingegneri e costruttori, anche per coloro che hanno maturato una vasta esperienza nella realizzazione di strutture di minore altezza. Va anche sottolineato come la maggior parte di questi edifici siano costruiti impiegando, interamente o in larga misura, il calcestruzzo per la realizzazione delle strutture, il che introduce ulteriori problemi e la necessità di competenze specifiche in relazione alle peculiari caratteristiche di questo materiale.

Per quel che attiene alle sue proprietà meccaniche si deve tenere conto infatti in primo luogo dell’attuale disponibilità di calcestruzzi a resistenza molto elevata, particolarmente congeniali a questo tipo di costruzioni in altezza, e della conseguente necessità di un’adeguata competenza relativamente alle tecniche idonee al suo conseguimento. In secondo luogo vanno debitamente considerate anche le caratteristiche proprie del calcestruzzo stesso in termini di elevata deformabilità differita per ritiro e viscosità, e la connessa esigenza di definire opportune modalità per una valutazione delle relative conseguenze sulla risposta della struttura nelle fasi di costruzione e nel lungo periodo, e per l’eventuale definizione di opportune contromisure. Per quanto riguarda invece gli aspetti costruttivi, risultano necessarie competenze specifiche tanto per le parti in fondazione (in particolare i problemi legati a getti massicci), quanto soprattutto per quelle in elevazione (pompaggio in altezza, casserature, correzioni a compenso degli effetti delle deformazioni differite, ecc.).

Le linee guida Fib-TCC si prefiggono pertanto di assistere i progettisti nella comprensione delle esigenze legate al trasferimento delle normali conoscenze e principi ingegneristici utilizzati nella progettazione delle strutture di normale altezza in calcestruzzo armato al più complesso ambito degli edifici di grande altezza.

È importante notare che, come indicato anche nel titolo, il documento riguarda principalmente strutture fino a 300 m di altezza. Al suo interno viene infatti fatta una distinzione tra tall e super-tall buildings, intendendo per questi ultimi edifici con altezza superiore ai 300 m, sottolineando come per essi si rendano necessari specifici ulteriori approfondimenti sulla base della documentazione riportata nei riferimenti bibliografici.

Nelle parti introduttive sono discussi i diversi aspetti legati alla progettazione e costruzione degli edifici alti, illustrando anche l’interfaccia che si viene a creare fra i progettisti strutturali e i diversi professionisti coinvolti: i progettisti architettonici, gli ingegneri che si occupano delle fasi costruttive, gli specialisti delle facciate e degli impianti di ascensori, gli ingegneri geotecnici e gli esperti del vento, evidenziando come questi diversi attori debbano interagire con gli aspetti più propriamente connessi alla progettazione strutturale influenzando l’elaborazione della soluzione finale.

LEGGI ANCHE: Grattacieli, Asia e Medio Oriente dominano il mondo

Uno dei primi capitoli è dedicato alle diverse scelte per quanto attiene al sistema strutturale, con particolare riguardo alla possibilità di offrire una performance adeguata rispetto alle azioni laterali. Vengono pertanto presi in esame i diversi possibili schemi strutturali quali i sistemi intelaiati, ed altri schemi quali, fra gli altri, quelli basati sull’impiego di shear walls, nuclei, od altri elementi strutturali come le travi orizzontali (ourtriggers) utilizzate per il coinvolgimento delle colonne perimetrali. Vengono successivamente discussi singolarmente i diversi elementi, orizzontali e verticali, della struttura, mentre un intero capitolo è dedicato, in ragione della complessità dell’argomento, al tema delle fondazioni e dell’interazione suolo-struttura, e alle connesse problematiche di carattere geotecnico.

Una specifica attenzione è rivolta alla valutazione delle azioni agenti sulla struttura. Oltre ai carichi verticali di peso proprio e di esercizio, o legati alle fasi costruttive, e alle azioni accidentali di carattere eccezionale, particolare attenzione è dedicata proprio agli aspetti progettuali connessi ad una corretta presa in conto delle azioni orizzontali laterali, che risultano di particolare rilevanza nel caso degli edifici alti. Alcuni capitoli riguardano infatti il comportamento sismico e l’ingegneria del vento, riportando nel secondo caso una guida pratica su quando può risultare necessaria un’indagine sperimentale in galleria del vento, al fine sia di valutare gli effetti dell’edificio alto sull’azione del vento nell’area circostante, che di stabilire l’entità dei carichi dovuti al vento agenti sull’edificio stesso.

Il documento evidenzia anche come gli edifici di grande altezza sono particolarmente sensibili alle vibrazioni orizzontali. Si osserva pertanto come possa risultare necessario ricorrere all’utilizzo di dispositivi di smorzamento delle relative accelerazioni atti ad incrementare lo smorzamento proprio della struttura, onde evitare che gli occupanti dell’edificio siano disturbati dalla percezione di tali vibrazioni. Nel documento sono discusse diverse possibili soluzioni a questo riguardo, e vengono fornite indicazioni sui valori limite delle vibrazioni in termini di accelerazione, secondo criteri di comfort per gli occupanti, con riferimento alle specifiche internazionali in argomento.

Un intero capitolo è destinato alla valutazione dell’influenza sopra accennata delle deformazioni differite del calcestruzzo per ritiro e viscosità sulla risposta della struttura nelle fasi di costruzione e nel corso della vita dell’edificio. La realizzazione di edifici di grande altezza in calcestruzzo ha infatti evidenziato l’importanza di questi fenomeni, che possono indurre problemi significativi sullo stato di servizio dell’opera a causa degli accorciamenti verticali assoluti e differenziali e/o alle deviazioni dalla verticalità. Le conseguenze negative possono riguardare sia gli elementi strutturali (in termini ad esempio di fessurazioni e planarità di travi, solai e strutture orizzontali principali quali outriggers o strutture di trasferimento di carichi, e in termini di ridistribuzione di carichi fra elementi strutturali verticali), sia gli elementi non strutturali e le parti impiantistiche (facciate, condutture, impianti di ascensori, ecc.). Il capitolo è stato curato da Taehun Ha di Daewoo Engineering and Construction e da Mario Alberto Chiorino, coordinatore del gruppo di ricerca Creep Analysis del Politecnico di Torino, unico italiano fra gli autori e membro del Task Group Fib ”High-rise buildings”.

Il documento dedica una particolare attenzione anche agli aspetti costruttivi, legati ad esempio ai tempi di realizzazione e alla loro possibile accelerazione, con riguardo alle diverse scelte tecniche nella realizzazione sia della struttura del nucleo e dei shear walls che delle colonne, come i tipi di casseratura disponibili e l’utilizzo di calcestruzzo ad alte prestazioni e dotato di caratteristiche atte a consentirne la pompabilità fino a grandi altezze.

Al termine del documento vengono infine presentati dodici casi studio, che rappresentano esempi significativi di edifici alti realizzati in diverse parti del mondo e caratterizzati da diverse altezze, tipologie e concezioni strutturali.

Ecco i 12 casi studio:

Bank Boston Headquarters, Sao Paulo, Brasile (©James Steinkamp Photography)

Committente: Bank Boston

Progettisti architettonici, Strutture, Impianti: SOM

Impresa: Hochtief

Sistema costruttivo: Shear-wall

Tipologia: Commerciale/ Uffici

Altezza: 30 piani, 145 m

Area: 80,000 mq

Superficie per piano: 2,000 mq massimo, 750 mq minimo

costo: 65 milioni di dollari

Fine lavori: 2002


Shining Towers, Abu Dhabi

Committente: Foresight Investments

Progettisti architettonici: Aedas e Hoops + Hilgendorff

Strutture e impianti Ramboll Middle East

Impresa: Target

Sistema costruttivo: Nucleo eccentrico in cemento, pareti di taglio e telaio

Tipologia: 2 torri una residenziale e una commerciale

Altezza: 33 piani residenziale e 42 piani uffici

Area: 109.000 mq

Superficie per piano: 2,000 mq massimo, 750 mq minimo

costo: 550 milioni di AED (Dirham degli Emirati Arabi Uniti)

Fine lavori: 2012


Torre Cajasol, Siviglia, Spagna

Committente: Cajasol

Progettisti architettonici: Pelli Clarke Pelli Architects

Strutture: Ayesa and Fhecor Ingenieros

Impianti:Ayesa

Impresa: UTE FCC-INABENSA

Sistema costruttivo: nucleo ellittico in cls

Tipologia: uffici

Altezza: 40 piani 178 m

Fine lavori: previsione 2015


Majunga Tower, Parigi, Francia (immagine a sinistra ©Takuji Shimmura)

Committente: Unibail RodamcoP

Progettisti architettonici: Jean-Paul Viguier

Strutture: SETEC TPI

Impianti:INEX

Impresa: Eiffage Construction

Sistema costruttivo: nucleo in cls

Tipologia: uffici

Altezza: 45 storeys – 195 m

Area: 63,200 mq

Superficie per piano:

Fine lavori:2014

Strata, Londra Regno Unito

Committente: Brookfield Europe

Progettitsti architettonici: BFLS

Strutture: WSP

Impianti: WSP

Impresa: Brookfield Multiplex

Sistema costruttivo: nucleo in calcestruzzo armato e muri d’ala

Tipologia: residenziale 408 appartamenti

Altezza: 43 piani 147.9 m

Area: 34.000 mq

Superficie per piano:

costo: 70 milioni di sterline

Fine lavori: 2011


500 West Monroe, Chicago

Committente: Tishman Speyer Properties

Progettisti architettonici: SOM

Strutture: SOM

Impianti: SOM

Impresa: MORSE DIESEL INTERNATIONAL

Sistema costruttivo: muri di taglio e telaio

Tipologia: uffici

Altezza: 45 piani 183 m

Area: 148.650 mq

Superficie per piano: 2550 mq

Fine lavori: 1992

Riviera Twinstar Square, Shanghai, Cina

Developer: China State Shipping Corporation; CITIC Pacific Group

Progettisti architettonici Arquitectonica e ECADI

Strutture: Arup

Impianti: J. Roger Preston Group

Impresa: Shanghai Construction

Sistema costruttivo: Calcestruzzo armato e telaio perimetrale

Tipologia: uffici

Altezza: 49 piani 216 m

Area: 196,000 mq

Fine lavori: 2011


Millharbour, Londra

Committente: Ballymore

Progettisti architettonici: SOM

Strutture: WSP

Impianti: Hoare Lee

Impresa: Canary Wharf Contractors

Sistema costrruttivo: nucleo in calcestruzzo e outriggers

Tipologia: residenziale

Altezza: 51/43 piani

Costo: 27 milioni di sterline

Fine lavori: 2008

Onterie Tower, Chicago

Progettisti architettonici: Som

Strutture: Som

Sistema costruttivo: Tubo e controventi

Tipologia: uffici e residenza

Altezza: 459 piani – 174 metri

Area: 85,470 mq

Superficie per piano:

Fine lavori: 1986

Omkar Worli Towers, Mumbai, India

Committente: Omkar

Progettisti architettonici: Foster and Partners e UHA

Strutture: Buro Happold e RWDI Consulting Engineers & Scientists

Impianti: Buro Happold

Impresa: Larson & Toubro

Sistema costruttivo: Nucleo con colonne gravità sui bordi; outrigger per Torre 3.

Tipologia: uso misto

Altezza: 64-75 piani, 252-307 m

Area: 415. 000 mq

Superficie per piano:

costo: 22.5 milioni di Inr

Fine lavori: 2017

Damac Heights, Dubai

Committente: Damac Gulf Properties LLC

Progettisti architettonici: Aedas, U+A Architects

Strutture: Ramboll Middle East

Impianti: Ramboll Middle East

Impresa: Arabtec

Sistema costruttivo: Nucleo centrale con pareti a ventaglio

Tipologia: residenziale

Altezza: 86 piani – 335 m

Area: 130.000 mq

costo: 750 milioni di AED

Fine lavori:2016


The Shard, Londra, Regno Unito

Committente: Sellar Property Group in partnership con lo Stato del Qatar

Progettisti architettonici: Renzo Piano Building Workshop with Adamsons Associates

Strutture: WSP

Impianti: Arup

Impresa: Mace e Byrne Bros.

Sistema costruttivo: Nucleo in calcestruzzo armato con travatura di testa

Tipologia: uffici, residenza, hotel

Altezza: 87 piani – 306 metri

Area: 120.700 mq

Superficie per piano:

Fine lavori: 2013

L’autore


Carlo Casalegno

E’ architetto e dottore di ricerca in ingegneria delle strutture. È attualmente assegnista di ricerca presso l’università IUAV di Venezia, dove si occupa principalmente dello studio del comportamento di strutture in composito fibrorinforzato. Parallelamente continua a portare avanti le attività di ricerca incominciate negli anni passati, e in particolare quelle legate allo studio degli effetti strutturali delle deformazioni differite del calcestruzzo, argomento sul quale ha svolto il dottorato nell’ambito del Creep Analysis Research Group del Politecnico di Torino.

Copyright © - Riproduzione riservata
Edifici alti in calcestruzzo: le linee guida per la progettazione Ingegneri.info