L'isolamento sismico con FPS a doppia superficie per l'Humanitas Centro del Mediterraneo: la modellazione

Ignazio Stancanelli - Ingegnere - Stancanelli Russo Associati - Catania Carmela Garozzo - Ingegnere - Stancanelli Russo Associati - Catania Giuseppe Malatino - Ingegnere - Stancanelli Russo Associati - Catania Vincenzo Sichera - Ingegnere - Stancanelli Russo Associati - Catania 22/02/2019 2067

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HCM – Humanitas Centro del Mediterraneo: l’edificio

Il Centro del Mediterraneo è un ospedale civile voluto da Humanitas alle porte di Catania in territorio del Comune di Misterbianco.

Un luogo strategico, al crocevia di tre importanti assi viari dell’isola, e a soli 15 minuti dall’aeroporto cittadino. Il nuovo complesso ospedaliero insisterà su un’area di 200.000 m2 per una superficie coperta di 15.000 m2, con un’offerta sanitaria di 240 posti letto. Sarà caratterizzato architettonicamente dall’accostamento tra volumi semplici, verticali e orizzontali, di forma e dimensioni differenti: piastre e torri degenze.

Il sito in cui sorgerà la struttura, ossia la piana di Catania, è noto per l’elevata pericolosità sismica, essendo stato teatro di eventi particolarmente catastrofici, come il terremoto che distrusse il Val di Noto nel 1693. Dovendo progettare una struttura ospedaliera, il progetto delle strutture è stato mirato al mantenimento della completa operatività dell’edificio sia durante che dopo l’evento sismico, essendo l’edificio stesso di importanza strategica secondo la definizione nel cap. 2.4.2 delle NTC 2018 e, pertanto, in classe d’uso IV.

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Dati per la progettazine della struttura e modello 3D realizzato con autodesk Revit.

Alcuni dei requisiti architettonici più impattanti sulla progettazione strutturale sono stati:

- la richiesta di portare la luce e il verde quanto più possibile all’interno dell’edificio, con grandi vetrate, shed, terrazze e patii che compenetrano l’edificio.

- la necessità di un’ampia maglia strutturale (7,2 x 7,2 m) che, accoppiata a tramezzature completamente a secco, renderà facilmente modificabile la distribuzione interna per eventuali future esigenze dei settori a più elevata obsolescenza tecnologica e/o organizzativa.

- la richiesta di prevedere sovraccarichi elevati, sia accidentali che relativi alle attrezzature utilizzate.

La tipologia strutturale: struttura in c.a. isolata con Friction Pendulum System (FPS) a doppia superficie curva

La tipologia strutturale scelta alla luce dei requisiti richiesti è stata la struttura isolata in C.A. Sono stati utilizzati isolatori Friction Pendulum System (FPS) a doppia superficie curva, posti alla base di un piano di isolamento e sorretti da pilastri molto rigidi, di diametro di 90 cm, posizionati su di un piano di fondazione di spessore fino ad 1 metro. L’obiettivo è di interporre gli isolatori tra le fondazioni e le strutture in elevazione per disaccoppiare le frequenze del sisma dalle frequenze della struttura in elevazione, limitando la trasmissione delle sollecitazioni orizzontali.

L’edificio è stato quindi suddiviso in sottostruttura (elementi strutturali al di sotto degli isolatori, molto rigidi in quanto devono mantenersi in campo elastico); piano di isolamento; sovrastruttura (ossia l’ospedale vero e proprio, realizzato al disopra del piano di isolamento).

Questa concezione strutturale presenta numerosi vantaggi:

- la sovrastruttura risulta più snella di una struttura tradizionale in C.A. a base fissa, smaltendo gran parte dell’azione sismica grazie al sistema di isolamento;

- il costo del fabbricato non si scosta di molto da quello di una struttura tradizionale, in quanto gli isolatori e i giunti sismici, benché costosi, permettono di rendere più economica la sovrastruttura; le deformazioni sono concentrate principalmente nel sistema di isolamento, pertanto risultano poco significativi i drift di piano; ciò evita danni a strutture secondarie e macchinari, condizione necessaria a mantenere la completa operatività;

- l’utilizzo di isolatori permette di realizzare solai continui (di maggior rapidità di esecuzione e più comodi per la distribuzione impiantistica) poiché, lavorando esclusivamente in campo elastico, non trova applicazione il principio della gerarchia delle resistenze.

L’ospedale è stato progettato con uno spostamento massimo di 32 cm del sistema di isolamento, calcolato allo stato limite di collasso in funzione dell’accelerogramma e del periodo di ritorno del sisma. La progettazione civile è stata svolta in ambiente BIM mediante il programma Autodesk Revit. A calcolo ultimato, tutte le strutture in calcestruzzo armato sono state inserite nel modello BIM: ciò al fine di produrre gli elaborati grafici necessari, di compilare gli abachi dei materiali, del peso e delle forme delle armature, e per effettuare un controllo tridimensionale delle posizioni e dei giunti.

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Dettagli costruttivi del pilastro della sottostruttura e del sistema di isolamento sismico. 

La modellazione con MIDAS GEN

La modellazione numerica a elementi finiti dell’edificio è stata svolta mediante il software Midas Gen. Per risolvere le esigenze legate alla progettazione strutturale si è provveduto a realizzare più modelli, capaci di dare una risposta specifica ai diversi quesiti dei progettisti.

In particolare si è deciso di dividere la struttura in due porzioni simmetriche, ovvero il Blocco Nord e il Blocco Sud, ciascuna isolata da 113 isolatori FPS e formata da una torre che consta di 7 elevazioni e da una piastra di 4.

I due blocchi, indipendenti dal punto di vista strutturale, sono stati quindi modellati separatamente, e per ciascun blocco sono stati realizzati i seguenti modelli:

- nonlineare_TH;
- nonlineare_SLD_TH;
- lineare_SLC;
- lineare_SLV;
- lineare_SLVsovrastruttura;
- lineare_pianotipo.

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Articolo tratto dal nuovo Digital Modeling n.21 di CSPFea.

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