Calcolo Capriate In Acciaio Ntc 2018

Calcola le sollecitazioni e le verifiche strutturali per capriate in acciaio secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018

Guida Completa al Calcolo delle Capriate in Acciaio secondo NTC 2018

Le capriate in acciaio rappresentano una delle soluzioni strutturali più diffuse per la realizzazione di coperture in edifici industriali, commerciali e residenziali. Le Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 (NTC 2018) stabiliscono i criteri di progetto e verifica per garantire sicurezza e affidabilità nel tempo.

In questa guida approfondiremo:

• I principi fondamentali delle NTC 2018 per le strutture in acciaio
• Le tipologie di capriate e i loro campi di applicazione
• Il calcolo dei carichi (neve, vento, permanenti, accidentali)
• Le verifiche di resistenza e stabilità secondo l’Eurocodice 3
• Esempi pratici di dimensionamento

1. Normativa di Riferimento: NTC 2018 e Eurocodice 3

Le NTC 2018 (D.M. 17 gennaio 2018) sono il riferimento normativo italiano per la progettazione strutturale. Per le strutture in acciaio, le NTC rimandano all’Eurocodice 3 (UNI EN 1993), integrato da specifiche prescrizioni nazionali.

I principali documenti da consultare sono:

• NTC 2018: Capitolo 4 (Costruzioni in acciaio) e Capitolo 3 (Azioni sulle costruzioni)
• UNI EN 1993-1-1: Progettazione delle strutture in acciaio – Regole generali
• UNI EN 1993-1-8: Progettazione dei collegamenti
• Circolare Esplicativa n. 7/2019: Chiarimenti applicativi

Le NTC 2018 introducono importanti novità rispetto alla precedente normativa, tra cui:

• Maggiore attenzione alla gerarchia delle resistenze nei collegamenti
• Verifiche più stringenti per la stabilità laterale delle membrature compresse
• Nuovi coefficienti per i carichi da neve e vento basati su dati climatici aggiornati
• Introduzione esplicita dei fattori di comportamento (q) per strutture dissipative

2. Tipologie di Capriate in Acciaio

La scelta della tipologia di capriata dipende da:

• Luce da coprire
• Carichi agenti
• Requisiti architettonici
• Costi e facilità di montaggio

Tipologia	Luce tipica (m)	Vantaggi	Svantaggi	Applicazioni tipiche
Polonceau	8-15	Semplice da realizzare Buon rapporto luce/altezza	Poco adatta a luci elevate Maggiore consumo di acciaio	Edifici industriali leggeri, capannoni
Howe	10-30	Ottima per luci medie-grandi Buona resistenza ai carichi verticali	Maggiore complessità costruttiva Nodi più solleciti	Coperture di grandi luci, hangars
Pratt	15-40	Adatta a luci molto grandi Minore consumo di acciaio	Maggiore altezza richiesta Nodi più complessi	Strutture sportive, aeroporti
Warren	12-35	Distribuzione uniforme degli sforzi Buona resistenza a carichi asimmetrici	Maggiore numero di aste Montaggio più laborioso	Ponti, strutture civili complesse
Fink	8-20	Ottima per tetti a falda Buon comportamento sismico	Limitata a luci medie Maggiore altezza in chiave	Edifici residenziali, coperture a falda

3. Calcolo dei Carichi secondo NTC 2018

Il dimensionamento delle capriate inizia con la corretta valutazione dei carichi agenti. Le NTC 2018 classificano i carichi in:

1. Carichi permanenti (G): Peso proprio della struttura, copertura, impianti
2. Carichi variabili (Q):
   • Neve (Q_n)
   • Vento (Q_w)
   • Carichi accidentali (Q_k)
3. Carichi eccezionali (A): Sisma, incendio, urti

3.1 Carico da Neve (Q_n)

Il carico da neve si calcola secondo la formula:

Q_n = μ_i · C_e · C_t · q_sk

Dove:

• μ_i: Coefficiente di forma (dipende dalla geometria del tetto)
• C_e: Coefficiente di esposizione (altitudine, esposizione al vento)
• C_t: Coefficiente termico (1.0 per strutture normali)
• q_sk: Valore caratteristico del carico neve al suolo (kN/m²)

I valori di q_sk sono definiti nell’Allegato C delle NTC 2018 in funzione della zona nevosa (da 1 a 5) e dell’altitudine. Ad esempio:

Zona Nevosa	qsk (kN/m²) a 200m	qsk (kN/m²) a 500m	qsk (kN/m²) a 1000m	Regioni tipiche
1	0.30	0.60	1.20	Sicilia, Sardegna, coste
2	0.60	1.20	1.80	Centro Italia, pianure settentrionali
3	1.20	1.80	2.40	Alpi occidentali, Appennino centrale
4	1.80	2.40	3.00	Alpi centrali, Dolomiti
5	2.40	3.00	3.60	Alpi orientali, zone di alta montagna

Per il coefficiente di forma μ_i, le NTC 2018 forniscono i seguenti valori:

• Tetti a una falda (α ≤ 30°): μ_i = 0.8
• Tetti a una falda (30° < α < 60°): μ_i = 0.8 + (α – 30)/30
• Tetti a due falde (α ≤ 30°): μ_i = 0.8
• Tetti a due falde (30° < α < 60°): μ_i = 0.8 + (α – 30)/30 per la falda al vento, 0.8 per la falda sottovento

3.2 Carico da Vento (Q_w)

Il carico da vento si determina secondo la formula:

Q_w = q_ref · c_e · c_p

Dove:

• q_ref: Pressione cinetica di riferimento (dipende dalla zona di vento e dall’altezza)
• c_e: Coefficiente di esposizione
• c_p: Coefficiente di pressione (dipende dalla geometria)

Le NTC 2018 suddividono il territorio italiano in 8 zone di vento, con velocità di riferimento v_ref compresa tra 25 m/s (zona 1) e 36 m/s (zona 8). La pressione cinetica si calcola come:

q_ref = 0.5 · ρ · v_ref² = 0.613 · v_ref²

4. Verifiche Strutturali secondo Eurocodice 3

Le verifiche principali per le capriate in acciaio sono:

1. Verifica a trazione (NTC §4.2.4):

   N_Ed ≤ N_t,Rd = A · f_y / γ_M0

   Dove:
   • N_Ed: Sforzo normale di progetto
   • A: Area della sezione
   • f_y: Tensione di snervamento
   • γ_M0: Coefficiente parziale (1.05 per S235-S355)
2. Verifica a compressione (NTC §4.2.5):

   Deve tenere conto dell’instabilità (svergolamento). La resistenza di progetto è:

   N_b,Rd = χ · A · f_y / γ_M1

   Dove χ è il fattore di riduzione per instabilità.
3. Verifica a flessione (NTC §4.2.6):

   M_Ed ≤ M_c,Rd = W_pl · f_y / γ_M0

4. Verifica a taglio (NTC §4.2.7):

   V_Ed ≤ V_pl,Rd = A_v · (f_y/√3) / γ_M0

   Dove A_v è l’area a taglio.
5. Verifica di instabilità laterale (NTC §4.2.8):

   Particolarmente importante per le aste compresse delle capriate. Si utilizza il metodo dell’asta equivalente con lunghezza di libera inflessione L_cr.

4.1 Classi delle Sezioni Trasversali

L’Eurocodice 3 classifica le sezioni in 4 classi in base alla loro capacità di sviluppare plasticizzazione:

Classe	Descrizione	Comportamento	Metodo di verifica
1	Sezioni compatte	Possono formare cerniere plastiche	Analisi plastica
2	Sezioni semi-compatte	Possono raggiungere Mpl ma non formare cerniere	Analisi elastica con Mpl
3	Sezioni snelle	Non raggiungono Mpl per instabilità locale	Analisi elastica con Mel
4	Sezioni molto snelle	Instabilità locale dominante	Metodo delle larghezze efficaci

La classificazione dipende dai rapporti larghezza/spessore delle parti compresse. Per i profili HEA e IPE comuni, la maggior parte delle sezioni rientra in classe 1 o 2.

5. Progetto dei Collegamenti

I collegamenti nelle capriate in acciaio sono elementi critici. Le NTC 2018 (§4.2.9) richiedono che:

• I collegamenti siano progettati per resistere alle sollecitazioni trasmesse dalle aste
• Si garantisca una adeguata gerarchia delle resistenze (i collegamenti devono essere più resistenti delle aste collegate)
• Si consideri l’eccentricità nei nodi
• Si verifichi la resistenza a taglio e rifollamento dei bulloni

I principali tipi di collegamento sono:

• Bullonati: Più comuni, permettono montaggio in cantiere
• Saldati: Maggiore resistenza, ma richiedono controllo qualità
• Chiodati: Usati raramente in nuove costruzioni

Per i collegamenti bullonati, le verifiche principali sono:

1. Resistenza a taglio del bullone:

   F_v,Rd = α_v · f_ub · A / γ_M2

2. Resistenza a rifollamento:

   F_b,Rd = k₁ · α_b · f_u · d · t / γ_M2

3. Resistenza a trazione del bullone:

   F_t,Rd = 0.9 · f_ub · A_s / γ_M2

6. Esempio Pratico di Calcolo

Consideriamo una capriata Howe con le seguenti caratteristiche:

• Luce: 15 m
• Altezza: 3 m
• Passo: 5 m
• Copertura in lamiera grecata + isolante (0.3 kN/m²)
• Zona neve: 3 (q_sk = 1.8 kN/m² a 500m)
• Zona vento: 4 (v_ref = 30 m/s)
• Profilo: HEA 160 (S275)

Fase 1: Calcolo dei carichi

• Carico permanente (G):
  • Copertura: 0.3 kN/m² × 5m = 1.5 kN/m
  • Peso proprio capriata: ~0.2 kN/m (stima iniziale)
  • Totale G: 1.7 kN/m
• Carico neve (Q_n):
  • q_sk = 1.8 kN/m² (zona 3, 500m)
  • μ_i = 0.8 (tetto a due falde con α = 20°)
  • C_e = 1.0 (esposizione normale)
  • Q_n = 0.8 × 1.0 × 1.0 × 1.8 = 1.44 kN/m²
  • Q_n per capriata: 1.44 × 5 = 7.2 kN/m
• Carico vento (Q_w):
  • q_ref = 0.613 × (30)² = 551.7 Pa = 0.552 kN/m²
  • c_e = 1.0 (altezza < 10m)
  • c_p = ±0.8 (falda al vento) / -0.5 (falda sottovento)
  • Q_w = 0.552 × 0.8 = 0.442 kN/m² (massimo)
  • Q_w per capriata: 0.442 × 5 = 2.21 kN/m

Fase 2: Combinazioni di carico

Le NTC 2018 prescrivono le seguenti combinazioni:

1. Combinazione fondamentale (SLU):

   F_d = γ_G1·G₁ + γ_G2·G₂ + γ_Q·Q_k

   Con γ_G1 = 1.3 (sfavorevole), γ_G2 = 1.5 (sfavorevole), γ_Q = 1.5

   Casistica 1: G + Q_n (neve dominante)

   F_d = 1.3 × 1.7 + 1.5 × 7.2 = 2.21 + 10.8 = 13.01 kN/m

2. Combinazione con vento:

   Casistica 2: G + Q_w (vento dominante)

   F_d = 1.3 × 1.7 + 1.5 × 2.21 = 2.21 + 3.315 = 5.525 kN/m

Fase 3: Analisi strutturale

Utilizzando un software di calcolo (o metodi analitici), si determinano gli sforzi massimi nelle aste:

• Asta corrente superiore: N = -120 kN (compressione)
• Asta di parete (montante): N = +80 kN (trazione)
• Asta corrente inferiore: N = +95 kN (trazione)

Fase 4: Verifica dell’HEA 160 in S275

Caratteristiche del profilo HEA 160:

• A = 38.8 cm²
• W_pl,y = 230 cm³
• i_y = 6.77 cm
• f_y = 275 N/mm²

Verifica a compressione (asta superiore):

1. Calcolo snellezza:

   λ = L₀ / i = 1500 / 67.7 = 22.15

2. Curva di instabilità (sezione H, asse y): curva b
3. Fattore di riduzione χ:

   χ = 1 / [Φ + √(Φ² – λ̅²)] ≤ 1

   Dove Φ = 0.5 [1 + α(λ̅ – 0.2) + λ̅²] e λ̅ = λ / λ₁ (λ₁ = 93.9·ε, ε = √(235/f_y))

4. Resistenza di progetto:

   N_b,Rd = χ · A · f_y / γ_M1

Verifica a trazione (asta inferiore):

N_t,Rd = A · f_y / γ_M0 = 3880 · 275 / 1.05 = 1017 kN > 95 kN

7. Considerazioni Sismiche

Le NTC 2018 introducono specifiche prescrizioni per le strutture in acciaio in zona sismica:

• Fattore di comportamento (q):
  • q = 4 per telai a nodi rigidi
  • q = 2 per strutture a controventi concentric
  • q = 1.5 per strutture non dissipative
• Gerarchia delle resistenze:
  • I collegamenti devono essere sovraresistenti rispetto alle aste
  • Per le capriate, si richiede che i nodi abbiano resistenza ≥ 1.1 volte quella delle aste connesse
• Duttilità locale:
  • Limitazione della snellezza delle aste compresse (λ ≤ 120 per elementi primari)
  • Verifica della compattezza delle sezioni

Per le capriate, in zona sismica è fondamentale:

• Garantire un adeguato collegamento alla fondazione
• Prevedere controventi di falda per stabilità laterale
• Verificare la resistenza fuori piano delle capriate

8. Controllo della Deformabilità

Le NTC 2018 prescrivono limiti di deformazione per garantire il comfort degli utenti e l’integrità degli elementi non strutturali:

• Deformazione verticale massima:
  • L/200 per carichi permanenti + variabili
  • L/250 per solo carichi variabili
• Deformazione orizzontale (per azioni orizzontali come il vento):
  • h/500 per edifici con tamponamenti fragili
  • h/300 per altri casi

Per la capriata dell’esempio (L = 15m):

• Limite deformazione verticale: 15000/200 = 75 mm
• Limite deformazione orizzontale (h = 3m): 3000/500 = 6 mm

9. Manutenzione e Durabilità

Le NTC 2018 (§4.1.2) richiedono che le strutture in acciaio siano progettate per una vita nominale di 50 anni, con adeguata protezione dalla corrosione.

Le principali misure per garantire la durabilità sono:

• Protezione superficiale:
  • Zincatura a caldo (spessore minimo 80 μm)
  • Verniciatura con cicli a 3 mani (primer + intermedio + finitura)
• Drenaggio:
  • Evitare ristagni d’acqua sulle capriate
  • Prevedere adeguata pendenza della copertura
• Ispezioni periodiche:
  • Controllo visivo ogni 2 anni
  • Verifica dello spessore della zincatura ogni 10 anni

La norma UNI EN ISO 12944 classifica la corrosività degli ambienti:

Classe	Ambiente	Spessore zincatura (μm)	Esempi
C1	Molto basso	≥ 50	Interni riscaldati, uffici
C2	Basso	≥ 55	Aree rurali, magazzini non riscaldati
C3	Moderato	≥ 70	Aree urbane, coste con bassa salinità
C4	Alto	≥ 80	Industrie con moderata inquinamento, coste
C5-I	Molto alto (industriale)	≥ 100	Impianti chimici, aree con alta umidità
C5-M	Molto alto (marino)	≥ 120	Strutture offshore, zone costiere esposte

Fonti Autorevoli e Approfondimenti

Per un approfondimento normativo e tecnico, si consigliano le seguenti risorse:

• Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti – NTC 2018: Testo ufficiale delle Norme Tecniche per le Costruzioni
• UNI – Eurocodice 3: Norme UNI EN 1993 per la progettazione delle strutture in acciaio
• INGV – Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia: Dati sismici e mappe di pericolosità per il territorio italiano
• Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici: Circolari esplicative e documenti tecnici sulle NTC 2018

Conclusione

Il calcolo delle capriate in acciaio secondo le NTC 2018 richiede un approccio sistematico che consideri:

1. La corretta valutazione dei carichi (permanenti, neve, vento)
2. L’analisi strutturale con software dedicati o metodi analitici
3. Le verifiche di resistenza e stabilità secondo Eurocodice 3
4. Il progetto dei collegamenti con gerarchia delle resistenze
5. Le prescrizioni sismiche per le zone ad alta pericolosità
6. La durabilità e manutenzione nel tempo

L’utilizzo di strumenti di calcolo automatico, come quello presentato in questa pagina, consente di ottimizzare il dimensionamento riducendo i tempi di progetto. Tuttavia, per strutture complesse o in zone ad alta sismicità, è sempre consigliabile affidarsi a un ingegnere strutturista specializzato.

Le capriate in acciaio, se correttamente progettate, offrono numerosi vantaggi:

• Leggerezza strutturale
• Rapidità di montaggio
• Flessibilità architettonica
• Riciclabilità del materiale
• Alta resistenza specifica

Con l’entrata in vigore delle NTC 2018, la progettazione delle strutture in acciaio in Italia si è allineata agli standard europei più avanzati, garantendo maggiore sicurezza e affidabilità nel tempo.