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Resistenza di una trave a cassone in acciaio secondo la SIA 263

Verifica una trave a cassone monocellulare in acciaio nelle sezioni di massimo momento positivo e negativo, secondo la norma SIA 263:2013 con la EN 1993-1-5: flessione con sforzo normale sulla sezione efficace, taglio e torsione nelle anime, e svergolamento. Ogni passaggio mostra la sua formula e la cifra della norma da cui deriva.

Basic SIA 263:2013

Incluso nell’abbonamento Basic

Questo modulo è incluso nell’abbonamento Basic e in quelli superiori, con la sua nota di calcolo.

Informazioni su questa verifica

cifre, esempio di calcolo e domande

Verifica una trave a cassone monocellulare in acciaio nelle sezioni di massimo momento positivo e negativo, secondo la norma SIA 263:2013 con la EN 1993-1-5: flessione con sforzo normale sulla sezione efficace, taglio e torsione nelle anime, e svergolamento. Ogni passaggio mostra la sua formula e la cifra della norma da cui deriva.

Che cosa verifica

  • Sezione lorda, modello sulla linea media: A, zG, Iy, Iz, l’area racchiusa Am, la costante di torsione K = 4 · Am²/Σ(s/t) lungo la cella chiusa, e l’inclinazione delle anime φ.
  • Lamiera dell’ala compressa: il pannello più largo bp, σcr,p con kσ = 4 (EN 1993-1-5 §4.4), λp = √(fy,k/σcr,p) e ρ = 1.05 · (1/λp − 0.26/λp²) ≤ 1 oltre λp = 0.55, la riduzione per una piastra uniformemente compressa. La formulazione per le anime è indicata per confronto. Gli sbalzi delle ali sono ridotti come elementi sporgenti, ρc.
  • Irrigidimenti come aste compresse: ogni irrigidimento con una larghezza di lamiera ρ · b/(ns + 1), soggetto a sbandamento tra gli irrigidimenti trasversali, λ̄c = (a/isl)/λE, αe = 0.34 per un irrigidimento trapezoidale chiuso o 0.49 per un irrigidimento aperto, più 0.09/(isl/e) (EN 1993-1-5 §4.5.3), e χc dalla curva di sbandamento (cifra 4.5.1).
  • Shear lag (diffusione per taglio): Le (EN 1993-1-5 §3.2.1) e β^κ per ciascuna ala (§3.3). È indicata la larghezza efficace per l’analisi globale, min(b0, Le/8).
  • Flessione e sforzo normale: riduzione delle anime ρw (§4.4), Aeff, Ieff, Weff,o, Weff,u e le tensioni nelle fibre, |σ| ≤ fy,k/γM1 (cifra 4.1.3).
  • Taglio delle anime: τcr = 0.9 · kτ · E · (tw/hw)², VR = min(τcr, τy,k) · hw · tw; per anima VEd/(2 · cos φ) più TEd · hw/(2 · Am) nell’anima più sollecitata, rispetto a VR/γM1 (cifra 4.1.3). L’interazione con la flessione segue la EN 1993-1-5 §7.1: nessuna finché η̄3 ≤ 0.5 o MEd ≤ Mf,Rd.
  • Svergolamento, cifra 4.5.2: Mcr = (π/LD) · √(E · Iz · G · K), λ̄D, χD sulla curva delle sezioni saldate (α = 0.49), MEd ≤ χD · Weff · fy,k/γM1.

Che cosa inserisce e che cosa ottiene

Inserisce fy,k (tabella 1), E (cifra 3.2.2.1), γM1 (cifra 4.1.3); l’altezza h, tw, per ciascuna ala la larghezza tra gli assi delle anime, lo spessore e lo sbalzo, nonché i suoi irrigidimenti longitudinali (nessuno, piatti o trapezoidali, con il loro numero e le loro dimensioni); l’interasse a degli irrigidimenti trasversali, oppure nessuno tra i diaframmi d’appoggio; il tipo di campata, L e L2; i ritegni laterali; NEd, TEd, e MEd con VEd in ciascuna sezione.

Ottiene le caratteristiche della sezione, la sezione efficace e le tensioni in ciascuna sezione, il taglio nelle anime e ogni grado di utilizzazione con l’indicazione verifica soddisfatta o verifica non soddisfatta. Con l’abbonamento Basic si stampa come nota di calcolo A4.

Ipotesi e limiti

  • Teoria della trave sulla sezione efficace, con la forma della sezione mantenuta dai telai trasversali. La distorsione tra i traversi non è analizzata.
  • Il modello ad asta compressa isolata di un’ala irrigidita è a favore della sicurezza: il comportamento a piastra tra le anime non viene considerato.
  • La banda di trazione postcritica nelle anime non viene considerata, per scelta.
  • β^κ è utilizzato allo stato limite ultimo. Lo shear lag pesa soprattutto sulle verifiche di efficienza funzionale e a fatica, che non sono trattate.
  • Non dimensionati qui: il nodo anima-ala come asta compressa, le forze di bordo dovute alla torsione e gli irrigidimenti trasversali, che devono anche sopportare l’1 % dello sforzo normale di ciascun irrigidimento longitudinale che sostengono.

Esempio di calcolo

Un cassone alto 2’560 mm con fy,k = 355 N/mm², anime da 18 mm, un’ala superiore 4’000 × 25 mm con sei irrigidimenti trapezoidali, un’ala inferiore 3’000 × 25 mm con tre irrigidimenti piatti, irrigidimenti trasversali ogni 3’000 mm, in una campata di riva di 56 m adiacente a una campata di 70 m, sotto TEd = 2’000 kNm, 65’000 kNm con 1’500 kN al momento positivo e 60’000 kNm con 5’000 kN al momento negativo. I risultati seguenti sono quelli del modulo per il suo esempio di calcolo, calcolati alla creazione di questa pagina.

Dati
DatoValoreRif.
Limite di snervamento caratteristico fy,k355 N/mm²§ t.1
Modulo di elasticità E210000 N/mm²§ 3.2.2.1
Coefficiente di resistenza γM11.05§ 4.1.3
Altezza totale del cassone h2560 mm
Spessore dell’anima tw18 mm
Larghezza dell’ala superiore tra gli assi delle anime bo4000 mm
Spessore dell’ala superiore tf,o25 mm
Sbalzo dell’ala superiore, oltre ciascun asse d’anima co1000 mm
Irrigidimenti longitudinali dell’ala superioreIrrigidimenti trapezoidali
Numero di irrigidimenti ns6
Larghezza dell’irrigidimento trapezoidale in corrispondenza dell’ala a1300 mm
Larghezza dell’irrigidimento trapezoidale al fondo a2150 mm
Altezza dell’irrigidimento trapezoidale hs280 mm
Spessore dell’irrigidimento trapezoidale ts8 mm
Larghezza dell’ala inferiore tra gli assi delle anime bu3000 mm
Spessore dell’ala inferiore tf,u25 mm
Sbalzo dell’ala inferiore, oltre ciascun asse d’anima cu0 mm
Irrigidimenti longitudinali dell’ala inferioreIrrigidimenti piatti
Numero di irrigidimenti ns3
Altezza dell’irrigidimento hs300 mm
Spessore dell’irrigidimento ts25 mm
Irrigidimenti trasversali intermedi e telai trasversaliA interasse regolare
Distanza tra di essi a3000 mm
Luce della traveCampata di riva di una trave continua
Lunghezza di questa campata L56000 mm
Lunghezza della campata adiacente, dall’altra parte dell’appoggio verificato L270000 mm
Ritegni laterali della traveSolo agli appoggi: LD = L
Shear lag (diffusione per taglio) nelle aliVerificato
Valore di dimensionamento dello sforzo normale NEd0 kN
Momento torcente di dimensionamento TEd2000 kN·m
Momento positivo (ala superiore compressa)Verificato
Momento di dimensionamento MEd65000 kN·m
Sforzo di taglio di dimensionamento concomitante VEd1500 kN
Momento negativo (ala inferiore compressa)Verificato
Momento di dimensionamento, in valore assoluto MEd60000 kN·m
Sforzo di taglio di dimensionamento concomitante VEd5000 kN
Calcolo: Valori comuni — sezione lorda
PassaggioValoreRif.
Origine della resistenzaLa resistenza a flessione di un cassone dipende ESSENZIALMENTE dall’ala compressa — le anime vi contribuiscono solo in piccola parte. È l’inverso di una trave a I, ed è il motivo per cui gli irrigidimenti longitudinali su un’ALA di cassone giustificano il loro costo, mentre su un’anima di solito non lo giustificano.– = Essenzialmente l’ala compressa
AreaModello a linee medie: ali, sbalzi, anime e irrigidimenti.A = 374’628 mm²
Baricentro al di sopra della faccia inferiorezG = 1’568.9 mm
Momento d’inerzia, asse orizzontaleIy = 447’826’947’888 mm⁴
Momento d’inerzia, asse verticaleIz = 832’369’573’281 mm⁴
Area racchiusa dalle linee medie(bo + bu)/2 × 2’535 mm tra i piani medi delle ali.Am = 8’872’500 mm²
Costante di torsione4·Am²/Σ(s/t) lungo il perimetro della cella chiusa (Bredt).K = 555’261’464’004 mm⁴
Inclinazione delle anime rispetto alla verticaleφ = 11.16 °
Calcolo: Valori comuni — ala superiore, quando compressa
PassaggioValoreRif.
Pannello di lamiera più largoLa maggiore tra la larghezza dell’apertura dell’irrigidimento trapezoidale a1 e la larghezza della lamiera tra due irrigidimenti.bp = 421 mm
Tensione critica d’imbozzamentokσ·π²·E/(12(1 − ν²))·(tf/bp)², kσ = 4.σcr,p = 2’671.7 N/mm²EN 1993-1-5 §4.4
Snellezza della piastra√(fy,k/σcr,p).λp = 0.365
Coefficiente di riduzione, FAULKNER1,05·(1/λp − 0,26/λp²) ≤ 1, oltre λp = 0,55. La formula di Winter NON è utilizzata qui: le deformazioni iniziali e le tensioni residue dovute alla saldatura degli irrigidimenti pesano DI PIÙ su una piastra compressa UNIFORMEMENTE — un’ala di cassone — che su una piastra soggetta a un GRADIENTE di tensione, come un’anima.ρ = 1.0000
Risultato secondo WinterLa formulazione usata per le anime. Faulkner è 0.0 % più favorevole in questo caso. Le due curve si incrociano vicino a λp ≈ 1,1: Faulkner è la più severa nel campo moderato usuale e leggermente la più favorevole alle snellezze molto elevate.la formulazione per le animeρ = 1.0000
Puntone: irrigidimento con ρ·b/(ns + 1) di lamieraAsl = 20’124 mm²
Raggio d’inerzia del puntoneisl = 96.1 mm
Snellezza relativa del puntone(a/isl)/λE, sbandamento tra gli irrigidimenti trasversali.λ̄c = 0.408
Coefficiente d’imperfezione dell’asta compressa0,34 (irrigidimento chiuso) + 0,09/(isl/e), e = 128.7 mm — la distanza maggiore dal baricentro dell’asta compressa alla lamiera o all’irrigidimento.αe = 0.460EN 1993-1-5 §4.5.3
Coefficiente di riduzione per lo sbandamento del puntoneDalla curva di sbandamento con αe. L’ala è considerata per ρ·χc della sua lamiera e χc dei suoi irrigidimenti: modello dell’asta compressa isolata, CONSERVATIVO, poiché il comportamento a piastra tra le anime non è considerato.χc = 0.8985§ 4.5.1
Sbalzo, riduzione come elemento sporgenteλp = (c/tf)/(28,4·ε·√0,43) = 2.640; la parte efficace è adiacente all’anima.ρc = 0.3518EN 1993-1-5 §4.4
Calcolo: Valori comuni — ala inferiore, quando compressa
PassaggioValoreRif.
Pannello di lamiera più largob/(ns + 1), tra gli assi degli irrigidimenti.bp = 750 mm
Tensione critica d’imbozzamentokσ·π²·E/(12(1 − ν²))·(tf/bp)², kσ = 4.σcr,p = 843.6 N/mm²EN 1993-1-5 §4.4
Snellezza della piastra√(fy,k/σcr,p).λp = 0.649
Coefficiente di riduzione, FAULKNER1,05·(1/λp − 0,26/λp²) ≤ 1, oltre λp = 0,55. La formula di Winter NON è utilizzata qui: le deformazioni iniziali e le tensioni residue dovute alla saldatura degli irrigidimenti pesano DI PIÙ su una piastra compressa UNIFORMEMENTE — un’ala di cassone — che su una piastra soggetta a un GRADIENTE di tensione, come un’anima.ρ = 0.9699
Risultato secondo WinterLa formulazione usata per le anime. Faulkner è 3.0 % PIÙ SEVERO in questo caso. Le due curve si incrociano vicino a λp ≈ 1,1: Faulkner è la più severa nel campo moderato usuale e leggermente la più favorevole alle snellezze molto elevate.la formulazione per le animeρ = 1.0000
Puntone: irrigidimento con ρ·b/(ns + 1) di lamieraAsl = 25’685 mm²
Raggio d’inerzia del puntoneisl = 87.7 mm
Snellezza relativa del puntone(a/isl)/λE, sbandamento tra gli irrigidimenti trasversali.λ̄c = 0.448
Coefficiente d’imperfezione dell’asta compressa0,49 (irrigidimento aperto) + 0,09/(isl/e), e = 115.1 mm — la distanza maggiore dal baricentro dell’asta compressa alla lamiera o all’irrigidimento.αe = 0.608EN 1993-1-5 §4.5.3
Coefficiente di riduzione per lo sbandamento del puntoneDalla curva di sbandamento con αe. L’ala è considerata per ρ·χc della sua lamiera e χc dei suoi irrigidimenti: modello dell’asta compressa isolata, CONSERVATIVO, poiché il comportamento a piastra tra le anime non è considerato.χc = 0.8464§ 4.5.1
Calcolo: Valori comuni — anime soggette a taglio
PassaggioValoreRif.
Altezza libera dell’anima, misurata lungo la sua inclinazionehw = 2’558 mm
Tensione tangenziale criticaτcr = 0,9·kτ·E·(tw/hw)², kτ = 8.25 per α = a/hw = 1.17.τcr = 77.2 N/mm²
Resistenza a taglio di un’animaVR = min(τcr, τy,k)·hw·tw. Il contributo postcritico (Basler) NON è considerato: in una trave a I, le ali COMPATTE costituiscono un appoggio sufficientemente rigido perché l’anima possa ancorare la banda di trazione diagonale, ma in un cassone con ali SNELLE, a irrigidimenti multipli, ciò è meno favorevole — è quindi preferibile non contare affatto su questa fascia.VR = 3’554.0 kN
Risultato secondo BaslerQuesta prudenza costa 48 % della resistenza a taglio in questo caso. È una scelta deliberata, non una dimenticanza. Per il modello CARDIFF l’equivalente consiste nel porre a zero le lunghezze d’ancoraggio plastico sc e st.quanto costa la prudenzaVR = 6’860.7 kN
Valore di dimensionamento della resistenza a taglio di un’animaVR/γM1 = 3’384.8 kN§ 4.1.3
Calcolo: Verifica 1 — flessione e sforzo normale, momento positivo
PassaggioValoreRif.
Distanza tra i punti di momento nullo0,85·L in una campata di estremità.Le = 47’600 mmEN 1993-1-5 §3.2.1
Shear lag, ala superiore tra le animeκ = α0·b0/Le = 0.0488, β = 0.9850 (momento positivo), elevato a κ allo stato limite ultimo. b0 = b/2.β^κ = 0.9993EN 1993-1-5 §3.3
Shear lag, ala inferiore tra le animeκ = α0·b0/Le = 0.0359, β = 0.9918 (momento positivo), elevato a κ allo stato limite ultimo. b0 = b/2.β^κ = 0.9997EN 1993-1-5 §3.3
Larghezza efficace per l’analisi GLOBALEPer il calcolo elastico delle sollecitazioni di un cassone CONTINUO, la larghezza dell’ala è il minore tra b0 e Le/8. Qui è determinante b0, quindi nessuna riduzione: la luce è sufficientemente lunga rispetto alla larghezza.per l’analisi strutturalemin(b0, Le/8) = 2’000.0 mm
Ala compressaIn base alle tensioni sulla sezione lorda.– = Superiore
Anima, coefficiente di riduzioneψ = -1.278, kσ = 31.04, λp = 1.104; una striscia di 193 mm di ogni anima non è considerata.ρw = 0.8281EN 1993-1-5 §4.4
Area efficaceAeff = 321’452 mm²
Momento d’inerzia efficaceIeff = 395’658’458’487 mm⁴
Baricentro della sezione efficace al di sopra della faccia inferiorezG,eff = 1’419.5 mm
Modulo di resistenza efficace, fibra superioreWeff,o = 346’920’441 mm³
Modulo di resistenza efficace, fibra inferioreWeff,u = 278’728’426 mm³
Tensione, fibra superiore−NEd/Aeff ∓ (MEd + NEd·eN)/Weff; trazione positiva.σo = -187.4 N/mm²
Tensione, fibra inferioreσu = 233.2 N/mm²
Resistenza a flessione di questa sezione efficaceWeff,min·fy,k/γM1, senza sforzo normale.per confrontoMRd = 94’237 kN·m
Flessione e sforzo normale, momento positivo|σ| ≤ fy,k/γM1η = 0.690 · verifica soddisfatta69 % della resistenza utilizzata§ 4.1.3
Calcolo: Verifica 2 — taglio delle anime, momento positivo
PassaggioValoreRif.
Sforzo di taglio in un’anima dovuto a VEdVEd/(2·cos φ) = 764.4 kN
Contributo del momento torcente nell’anima più sollecitataFlusso di taglio q = TEd/(2·Am) = 112.7 N/mm lungo l’anima.TEd·hw/(2·Am) = 291.2 kN
Resistenza a taglio dell’anima, momento positivoVEd,w ≤ VR/γM1η = 0.312 · verifica soddisfatta31 % della resistenza utilizzata§ 4.1.3
Flessione e taglio combinatiη̄3 = 0.312; Mf,Rd = 80’951 kN·m. Oltre η̄3 = 0,5 lo sforzo di taglio riduce il momento che le anime possono portare, a meno che le sole ali portino MEd.– = Nessuna interazione: η̄3 ≤ 0,5EN 1993-1-5 §7.1
Calcolo: Verifica 3 — flessione e sforzo normale, momento negativo
PassaggioValoreRif.
Distanza tra i punti di momento nullo0,25·(L + L2) sull’appoggio.Le = 31’500 mmEN 1993-1-5 §3.2.1
Shear lag, ala superiore tra le animeκ = α0·b0/Le = 0.0738, β = 0.7048 (momento negativo), elevato a κ allo stato limite ultimo. b0 = b/2.β^κ = 0.9745EN 1993-1-5 §3.3
Shear lag, ala inferiore tra le animeκ = α0·b0/Le = 0.0543, β = 0.7774 (momento negativo), elevato a κ allo stato limite ultimo. b0 = b/2.β^κ = 0.9864EN 1993-1-5 §3.3
Larghezza efficace per l’analisi GLOBALEPer il calcolo elastico delle sollecitazioni di un cassone CONTINUO, la larghezza dell’ala è il minore tra b0 e Le/8. Qui è determinante b0, quindi nessuna riduzione: la luce è sufficientemente lunga rispetto alla larghezza.per l’analisi strutturalemin(b0, Le/8) = 2’000.0 mm
Ala compressaIn base alle tensioni sulla sezione lorda.– = Inferiore
Anima, coefficiente di riduzioneψ = -0.557, kσ = 14.35, λp = 1.624; una striscia di 715 mm di ogni anima non è considerata.ρw = 0.5649EN 1993-1-5 §4.4
Area efficaceAeff = 327’289 mm²
Momento d’inerzia efficaceIeff = 377’795’647’995 mm⁴
Baricentro della sezione efficace al di sopra della faccia inferiorezG,eff = 1’707.5 mm
Modulo di resistenza efficace, fibra superioreWeff,o = 443’170’935 mm³
Modulo di resistenza efficace, fibra inferioreWeff,u = 221’254’387 mm³
Tensione, fibra superiore−NEd/Aeff ∓ (MEd + NEd·eN)/Weff; trazione positiva.σo = 135.4 N/mm²
Tensione, fibra inferioreσu = -271.2 N/mm²
Resistenza a flessione di questa sezione efficaceWeff,min·fy,k/γM1, senza sforzo normale.per confrontoMRd = 74’805 kN·m
Flessione e sforzo normale, momento negativo|σ| ≤ fy,k/γM1η = 0.802 · verifica soddisfatta80 % della resistenza utilizzata§ 4.1.3
Calcolo: Verifica 4 — taglio delle anime, momento negativo
PassaggioValoreRif.
Sforzo di taglio in un’anima dovuto a VEdVEd/(2·cos φ) = 2’548.2 kN
Contributo del momento torcente nell’anima più sollecitataFlusso di taglio q = TEd/(2·Am) = 112.7 N/mm lungo l’anima.TEd·hw/(2·Am) = 291.2 kN
Resistenza a taglio dell’anima, momento negativoVEd,w ≤ VR/γM1η = 0.839 · verifica soddisfatta84 % della resistenza utilizzata§ 4.1.3
Flessione e taglio combinatiη̄3 = 0.839; Mf,Rd = 66’199 kN·m. Oltre η̄3 = 0,5 lo sforzo di taglio riduce il momento che le anime possono portare, a meno che le sole ali portino MEd.– = Nessuna interazione: MEd ≤ Mf,RdEN 1993-1-5 §7.1
Calcolo: Verifica 5 — svergolamento
PassaggioValoreRif.
Momento critico di svergolamento elastico(π/LD)·√(E·Iz·G·K), LD = 56’000 mm: solo torsione di Saint-Venant — una cella chiusa riprende la torsione mediante flusso di taglio, e l’ingobbamento è trascurabile.Mcr = 4’974’173 kN·m
Snellezza relativa√(Weff·fy,k/Mcr), con il Weff minore, relativo al momento negativo.λ̄D = 0.1257
Coefficiente di riduzioneCurva di sbandamento per profilati saldati, α = 0,49.χD = 1.0000§ 4.5.2
SvergolamentoMEd ≤ χD·Weff·fy,k/γM1η = 0.802 · verifica soddisfatta80 % della resistenza utilizzata§ 4.5.2

Come viene controllato questo modulo

Controllato cifra per cifra rispetto alla SIA 263:2013 e confrontato con calcoli indipendenti utilizzati su progetti reali, prima della pubblicazione.

Domande

Perché il campo di trazione nelle anime non viene considerato?

Un’ala di cassone snella e con più irrigidimenti ancora la banda diagonale meno bene dell’ala compatta di una trave a I. La resistenza con la banda è indicata per confronto; nell’esempio di calcolo questa scelta costa il 48 %.

Perché lo svergolamento è raramente determinante?

Una cella chiusa è molto rigida a torsione. Può contare per un cassone stretto e alto su una grande lunghezza senza ritegni, o durante il montaggio.

Quale abbonamento include questo modulo?

L’abbonamento Basic, con la sua nota di calcolo.

Vedi anche

Norma: SIA 263:2013 · Pagina aggiornata: 27 ottobre 2026