Calcolo Architrave Acciaio Ntc 2018 Excel

Calcola la resistenza e le dimensioni dell’architrave in acciaio secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018

Guida Completa al Calcolo dell’Architrave in Acciaio secondo NTC 2018

Il calcolo degli architravi in acciaio secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 (NTC 2018) richiede un’approfondita conoscenza dei principi dell’ingegneria strutturale, delle proprietà dei materiali e delle specifiche normative italiane. Questa guida fornirà una panoramica completa sul processo di dimensionamento, inclusi i criteri di verifica, le formule fondamentali e gli aspetti pratici da considerare.

1. Normativa di Riferimento: NTC 2018

Le NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018) rappresentano il quadro normativo italiano per la progettazione strutturale. Per gli elementi in acciaio, i principali riferimenti sono:

• Capitolo 4: Criteri generali di progettazione
• Capitolo 7: Progettazione per azioni sismiche
• §4.2.8: Resistenza dei materiali (acciaio)
• §7.2.6: Verifiche degli elementi non dissipativi

Le NTC 2018 fanno riferimento anche agli Eurocodici, in particolare:

• EN 1993-1-1: Progettazione delle strutture in acciaio – Regole generali
• EN 1990: Basi di progettazione strutturale

2. Azioni e Combinazioni di Carico

Secondo le NTC 2018, le azioni da considerare nel calcolo di un architrave includono:

1. Carichi permanenti (G): Peso proprio della struttura, tamponamenti, finiture
2. Carichi variabili (Q): Sovraccarichi accidentali (es. persone, neve)
3. Azioni sismiche (E): Se l’edificio è in zona sismica
4. Azioni del vento (W): Se rilevanti per la struttura

Le combinazioni di carico da verificare sono:

Tipo di combinazione	Formula	Descrizione
Combinazione fondamentale (SLU)	γG1G1 + γG2G2 + γQ1Qk1 + ΣγQiψ0iQki	Verifica a stato limite ultimo (resistenza)
Combinazione sismica (SLU)	G + ψ2iQ + E	Verifica in zona sismica
Combinazione caratteristica (SLE)	G + Qk1 + Σψ0iQki	Verifica a stato limite di esercizio (deformazioni)

I coefficienti parziali di sicurezza (γ) per le azioni sono definiti in Tabella 2.5.I delle NTC 2018:

• γ_G1 = 1.3 (carichi permanenti sfavorevoli)
• γ_G2 = 1.5 (carichi permanenti favorevoli)
• γ_Q = 1.5 (carichi variabili)

3. Proprietà dell’Acciaio secondo NTC 2018

Le NTC 2018 classificano l’acciaio in base alla sua resistenza caratteristica (f_yk) e al rapporto f_yk/f_u (dove f_u è la resistenza a rottura). Le classi più comuni sono:

Classe Acciaio	fyk (N/mm²)	fu (N/mm²)	εu (%)	Applicazioni tipiche
S235 (ex Fe360)	235	360	26	Profilati laminati, piatti, tondi
S275 (ex Fe430)	275	430	23	Profilati medi, lamiere
S355 (ex Fe510)	355	510	20	Strutture principali, architravi
S450	450	550	15	Strutture ad alte prestazioni

Il modulo elastico (E) per l’acciaio è fissato a 210.000 N/mm² (§11.3.2.3 NTC 2018).

4. Dimensionamento dell’Architrave

Il dimensionamento di un architrave in acciaio segue questi passaggi:

1. Determinazione dei carichi: Calcolo dei carichi permanenti (G) e variabili (Q) agenti sull’elemento.
2. Schematizzazione strutturale: Definizione dello schema statico (appoggiato-appoggiato, incastro-appoggiato, etc.).
3. Calcolo delle sollecitazioni:
   • Momento flettente massimo (M_Ed)
   • Taglio massimo (V_Ed)
4. Scelta del profilo: Selezione di un profilo con modulo di resistenza (W_pl) sufficientemente alto.
5. Verifiche:
   • Resistenza a flessione (§4.2.4.1.1 NTC 2018)
   • Resistenza a taglio (§4.2.4.1.2 NTC 2018)
   • Deformabilità (freccia massima L/300 per elementi secondari)

4.1 Calcolo delle Sollecitazioni

Per un architrave appoggiato-appoggiato con carico uniformemente distribuito (q = G + Q), le sollecitazioni massime sono:

• Momento flettente: M_Ed = (q × L²) / 8
• Taglio: V_Ed = (q × L) / 2

Per un architrave incastro-appoggiato:

• Momento flettente: M_Ed = (q × L²) / 8√2 (in campata), M_Ed,app = (q × L²) / 8 (all’incastro)
• Taglio: V_Ed = 0.6 × q × L (all’appoggio)

4.2 Verifica a Flessione

La verifica a flessione si effettua confrontando il momento sollecitante (M_Ed) con il momento resistente (M_c,Rd):

M_Ed ≤ M_c,Rd = W_pl × f_yd

Dove:

• W_pl = modulo di resistenza plastico del profilo
• f_yd = f_yk / γ_M0 (resistenza di progetto, con γ_M0 = 1.05 per acciaio)

4.3 Verifica a Taglio

La verifica a taglio richiede che:

V_Ed ≤ V_c,Rd = A_v × (f_yk/√3) / γ_M0

Dove A_v è l’area resistente a taglio (per profili laminati, A_v ≈ 1.04 × h × t_w, dove h è l’altezza e t_w lo spessore dell’anima).

5. Esempio Pratico di Calcolo

Consideriamo un architrave in acciaio S355 con le seguenti caratteristiche:

• Luce netta (L) = 4.0 m
• Carico permanente (G) = 10 kN/m
• Carico variabile (Q) = 5 kN/m
• Schema statico: appoggiato-appoggiato

Passo 1: Calcolo dei carichi di progetto

Combinazione SLU: 1.3G + 1.5Q = 1.3×10 + 1.5×5 = 13 + 7.5 = 20.5 kN/m

Passo 2: Calcolo delle sollecitazioni

• M_Ed = (20.5 × 4²) / 8 = 41 kNm = 41×10⁶ Nmm
• V_Ed = (20.5 × 4) / 2 = 41 kN

Passo 3: Scelta del profilo

Per acciaio S355, f_yd = 355 / 1.05 ≈ 338 N/mm².

Modulo di resistenza richiesto: W_pl,req = M_Ed / f_yd = 41×10⁶ / 338 ≈ 121,300 mm³.

Un profilo HEB 200 ha W_pl = 390,000 mm³ (sufficiente).

Passo 4: Verifiche

• Flessione: M_c,Rd = 390,000 × 338 ≈ 132.0 × 10⁶ Nmm > 41 × 10⁶ Nmm ✅
• Taglio: Per HEB 200, A_v ≈ 1.04 × 190 × 9 ≈ 1,800 mm². V_c,Rd = 1,800 × (355/√3) / 1.05 ≈ 350,000 N > 41,000 N ✅

6. Considerazioni Sismiche (NTC 2018 §7.2.6)

In zona sismica, gli architravi devono soddisfare requisiti aggiuntivi:

• Gerarchia delle resistenze: Gli elementi secondari (come gli architravi) devono essere progettati per resistere alle azioni sismiche amplificate.
• Duttilità: L’acciaio deve garantire una deformazione plastica sufficiente (ε_u ≥ 15% per classi DCH).
• Collegamenti: Le unioni devono essere verificate per resistere alle forze sismiche (§7.5.2 NTC 2018).

Le azioni sismiche si calcolano con lo spettro di risposta elastico definito in §3.2.3.2 NTC 2018, considerando:

• Accelerazione al suolo (a_g)
• Categoria di sottosuolo
• Classe d’uso dell’edificio

7. Deformabilità e Stato Limite di Esercizio (SLE)

Le NTC 2018 impongono limiti alle deformazioni per garantire il comfort degli utenti e l’integrità delle finiture:

• Freccia massima: L/300 per elementi secondari (architravi)
• Freccia sotto carichi variabili: L/500 per evitare danni a tamponamenti

La freccia (v) in un architrave appoggiato-appoggiato si calcola con:

v = (5 × q × L⁴) / (384 × E × I)

Dove:

• E = 210,000 N/mm² (modulo elastico acciaio)
• I = momento d’inerzia del profilo

8. Confronto tra Profilati Comuni

La scelta del profilo influisce sulle prestazioni strutturali e sul costo. Di seguito un confronto tra profili HEB per un architrave con luce 5 m e carico 25 kN/m:

Profilo	Peso (kg/m)	Wpl (cm³)	I (cm⁴)	Freccia (mm)	Costo relativo
HEB 160	31.4	219	2,490	18.2	1.0
HEB 180	42.3	326	4,550	9.8	1.3
HEB 200	58.0	459	7,690	5.9	1.7
HEB 220	71.5	616	12,500	3.7	2.1

Nota: La freccia è calcolata per un carico di 25 kN/m (combinazione caratteristica SLE). Il profilo HEB 200 rappresenta il miglior compromesso tra resistenza e deformabilità per questo caso.

9. Errori Comuni da Evitare

1. Sottostima dei carichi: Dimenticare carichi come tamponamenti o impianti.
2. Scelta errata dello schema statico: Confondere appoggiato-appoggiato con incastro-appoggiato.
3. Trascurare le verifiche a taglio: Specialmente per luci corte, il taglio può essere dimensionante.
4. Ignorare le tolleranze di montaggio: La luce effettiva può essere maggiore di quella nominale.
5. Non considerare la corrosione: In ambienti aggressivi, lo spessore deve essere maggiorato.

10. Strumenti per il Calcolo

Oltre ai metodi manuali, esistono strumenti software utili:

• Excel: Foglio di calcolo con formule preimpostate (disponibile sul sito del Ministero delle Infrastrutture).
• Software BIM: Revit, Tekla Structures per modellazione 3D.
• Programmi dedicati: SAP2000, STAAD.Pro per analisi avanzate.

Per approfondimenti normativi, consultare:

• Testo ufficiale NTC 2018 (Gazzetta Ufficiale)
• Norme UNI EN per l’acciaio (UNI)
• Dati sismici per il territorio italiano (INGV)

11. Conclusioni

Il calcolo di un architrave in acciaio secondo le NTC 2018 richiede un approccio sistematico che consideri:

1. La corretta valutazione dei carichi e delle combinazioni.
2. La scelta del profilo in base alle sollecitazioni e alla deformabilità.
3. Le verifiche di resistenza (flessione, taglio) e stabilità.
4. Gli aspetti sismici, se applicabili.
5. La durabilità e la manutenibilità dell’elemento.

L’utilizzo di strumenti come il calcolatore sopra riportato può semplificare le fasi iniziali di dimensionamento, ma è sempre raccomandabile una verifica da parte di un ingegnere strutturista qualificato, soprattutto per edifici in zona sismica o con carichi eccezionali.