ITMI20011524A1 - Struttura tridimensionale in alluminio - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“STRUTTURA TRIDIMENSIONALE IN ALLUMINIO”

DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce a strutture in alluminio anche di grande luce.

Le strutture in alluminio sono normalmente realizzate assemblando elementi estrusi (in generale con sezione ad I o a cassone o tubolare) mediante giunti , in modo da ottenere la configurazione di progetto che può essere contenuta essenzialmente in un piano o svilupparsi completamente nello spazio.

Si hanno quindi le strutture planari dei tipi ad anima piena o reticolari e quelle spaziali composte da aste concorrenti con diverse angolazioni in elementi nodali. Poiché le saldature arrecano una considerevole menomazione della resistenza locale, in generale le giunzioni sono bullonate; tale soluzione non risulta ottimale a causa della necessità di uso di un grande numero di bulloni in acciaio inossidabile per contenere nei limiti ammissibili le pressioni di contatto e prevenire la corrosione generata dalla tensione elettrica fra gli elementi a contatto e innescata dal divario fra le posizioni dell'acciaio normale e dell'alluminio nella scala degli elementi.

Per ovviare agli inconvenienti, l'ing. G. C. Giuliani progettò nel 1987 travi planari in alluminio nelle quali le giunzioni principali sono realizzate mediante un elemento flessibile o cavo in acciaio ad alta resistenza che attraversa tutti gli elementi da collegare disposti sull'intera lunghezza ed è posto in tensione con un apposito martinetto e bloccato alle estremità contro la trave. La soluzione fu presentata al congresso intemazionale Design Principles che si svolse dal 13 al 15 Giugno 1988 a Trondheim e fu pubblicata negli atti del congresso.

In tale soluzione lo stato di coazione generato dalle forze mutuamente equilibrate agenti nel cavo e nella trave assicura una pressione fra gli elementi da collegare idonea per garantire l'efficienza delle giunzioni. La continuità del cavo costituisce presidio per la sicurezza a rottura della struttura. Gli elementi in alluminio sia estrusi che realizzati con fusioni sono dotati di appositi alloggiamenti per il cavo che è protetto con una guaina isolante applicata nella fase di cordatura con procedimento in uso per la confezione di cavi per la precompressione di strutture in calcestruzzo.

La divulgazione si riferisce a strutture bidimensionali e non fa cenno a strutture tridimensionali.

Gli attuali sistemi tridimensionali sono in generale costituiti da un insieme di aste tubolari, dotate di terminali troncoconici saldati o collegati con altri procedimenti, nei quali sono alloggiate viti in acciaio inossidabile che vengono impegnate in sedi filettate realizzate entro elementi sferici cavi, in generale pressofusi.

Le strutture risultanti appartengono quindi all'unica categoria reticolare, con le limitazioni di portata utile insita nell'azione massima compatibile con la resistenza della vite di collegamento e della sua sede; per ovviare a tale limite si impiegano schemi di aste con livelli sovrapposti, in modo da conseguire maggiore altezza evitando inaccettabili lunghezze di libera inflessione.

Un obiettivo deH'invenzione è rendere possibili diverse configurazioni strutturali che consentano di superare i limiti di portata e di eliminare la monotonia del sistema reticolare; un altro obiettivo è quello di comporre elementi resistenti di grandi dimensioni con semplici operazioni e ricorrendo alla prefabbricazione.

Un altro obiettivo ancora è l'estensione al campo tridimensionale dei concetti e della tecnologia illustrati nel congresso di Trondheim per i sistemi bidimensionali.

Gli obiettivi sono stati conseguiti con una struttura come definita nella rivendicazione 1. Ulteriori caratteristiche sono dette nelle rivendicazioni successive.

In altre parole, una nuova struttura tridimensionale comprende elementi principali realizzati con profili estrusi di alluminio con sezione adatta al diretto collegamento di elementi secondari, elementi secondari realizzati con profili estrusi o in fusioni di alluminio, cavi o barre in acciaio ad alta resistenza per realizzare, mediante la presollecitazione di essi, il collegamento degli elementi. Comprende inoltre preferibilmente guaine anticorrosione per il rivestimento dei cavi o barre, perni o bulloni in acciaio inossidabile per collegamento degli elementi secondari agli elementi principali.

Gli elementi principali possono avere sezione predisposta per l'inserimento dei cavi o barre ad alta resistenza; possono essere opportunamente differenziati in relazione alla posizione (superiore o inferiore), alla funzione strutturale (pressoflessione, tensoflessione) ed alla funzione ergotecnica (ad esempio realizzazione di superficie calpestabile).

I cavi o barre possono essere alloggiati sia all'intemo degli elementi principali sia all'estemo degli stessi in modo da realizzare un tracciato indipendente, ad esempio coincidente con la funicolare dei carichi.

La struttura tridimensionale consegue gli obiettivi enunciati sopra.

L'assemblaggio dei componenti sopradescritti consente di ottenere elementi strutturali tridimensionali di grandi dimensioni autostabili e prefabbricabili; la presollecitazione degli elementi consente anche di realizzare uno stato tensionale dipendente sia dalle azioni esterne (come nelle normali strutture) sia dalle deformazioni, ottenendo un aumento della rigidezza strutturale, non più indipendente dai carichi ma crescente con essi, nel campo di utilizzazione previsto in fase di progetto.

Inoltre consente di realizzare nuove tipologie strutturali tridimensionali che possono essere realizzate superando la tecnologia e le possibilità creative degli attuali sistemi reticolari eliminando inoltre i limiti connessi con la conformazione dei nodi. Inoltre l'introduzione dei cavi o barre in acciaio ad alta resistenza presollecitati consente di semplificare drasticamente le connessioni degli elementi concorrenti nei nodi.

Ulteriori vantaggi consistono nella unificazione, nella sezione degli estrusi, delle funzioni di capacità resistente, di alloggiamento dei cavi o delle barre e delle predisposizioni per gli attacchi delle altre membrature. Un ulteriore vantaggio consiste nel fatto che gli attacchi per i collegamenti mutui fra le membrature sono conformati in modo da ridurre il numero degli elementi di collegamento (perni o bulloni).

I vantaggi sopra elencati danno origine a nuove tipologie strutturali adatte a grandi luci, prefabbricabili e convenienti sotto l'aspetto economico.

Esempi, illustrativi soltanto e non limitativi, di realizzazione di una struttura dell'invenzione e di componenti di essa saranno descritti in seguito con riferimento ai disegni allegati, in cui:

fig. 1 illustra in vista frontale interrotta, in scala ridotta, un esempio di trave a configurazione strutturale tridimensionale,

fig. 2 mostra una vista in pianta della struttura della figura 1,

fig.3 illustra la struttura della fig. 1, limitatamente a un nodo tipo e alle diagonali che vi convergono, in sezione secondo il piano 3-3 in fig. 1;

fig. 4 illustra, in sezione trasversale secondo 4-4 in fig. 1, un esempio di corrente inferiore estruso della struttura,

fig. 5 illustra ingrandito il particolare A cerchiato in fig. 3 e più precisamente illustra un elemento nodale secondo l'invenzione, montato su una variante di corrente inferiore estruso, disegnato a tratteggio,

fig. 6 illustra l’elemento nodale cerchiato in B nella fig. 1, ovvero è una vista laterale da sinistra dell’elemento nodale della fig. 5,

fig. 7 e fig. 8 illustrano sezioni possibili di estrusi per diagonali secondo l'invenzione,

fig. 9 illustra in sezione un estruso per un corrente superiore in corrispondenza di un elemento nodale superiore per esso, entrambi secondo l'invenzione,

fig. 9a illustra in sezione l'estruso della fig. 9,

fig. 10 illustra in vista prospettica interrotta una diversa struttura tridimensionale secondo l'invenzione,

flgg, 11, 12, 13, illustrano profili estrusi secondo l'invenzione.

Con riferimento dapprima alle figure 1, 2 e 3, una struttura tridimensionale a trave o capriata, come esempio non limitativo di struttura tridimensionale secondo rinvenzione, è indicata complessivamente con il riferimento 10 e comprende un corrente inferiore estruso, 12, correnti superiori estrusi, 11, 11, collegati da diagonali, 14, 15, che confluiscono in elementi nodali inferiori, 16, e in elementi nodali superiori, 18.

Il riferimento 13 indica un eventuale elemento di collegamento continuo (tipo Honeycomb o secondo quanto illustrato in Fig. 11 per esempio). La trave è mostrata portata su colonne 22. Il riferimento 23 indica un eventuale tirante presollecitato.

Il corrente inferiore 12 secondo l'invenzione è un estruso in alluminio che presenta (fig. 4) una forma interna cava con una pluralità di alloggiamenti a canale 121, 122, destinati ad accogliere i cavi C di presollecitazione (solo alcuni di essi sono illustrati). Presenta inoltre fori passanti 123 per fissaggio degli elementi nodali. La forma esterna della sezione può essere qualsivoglia, solo come esempio si è indicata una forma rettangolare a spigoli arrotondati.

Nella figura 5 è illustrato un elemento nodale 16 per nodo inferiore, realizzato in fusione di alluminio. L'elemento nodale inferiore 16 presenta due gambe inferiori 162, 162, che formano una sede 163 per un corrente inferiore, disegnato a tratteggio e indicato con 12'. Le gambe presentano fori passanti 164 per bulloni o perni di fissaggio al corrente.

Superiormente l'elemento nodale presenta quattro propaggini superiori divergenti 166, contraddistinte da una lettera a, b, c, d, strutturate ciascuna con una testa allargata 167 e un foro passante 168, per accogliere e fissare le diagonali 14 o 15 nella disposizione angolare (angolo a) voluta, con gli assi convergenti in un punto sull'asse del corrente.

Secondo una caratteristica preferita della presente invenzione, gli elementi nodali sono fomiti con aree 169, definite nelle propaggini, predisposte per la foratura, così che i fori 168 per fissaggio delle diagonali possono essere realizzati in una posizione desiderata fra più posizioni possibili (a tratteggio) alfintemo di dette aree, in modo da poter variare l’angolo a di ± 2β.

Secondo l'invenzione, un corrente superiore 11 è un elemento estruso in alluminio che presenta sedi superiore e inferiore 1 11 per cavi di presollecitazione (indicati con il riferimento generico C), e presenta ad esempio una parete longitudinale 113 intermedia. Il corrente Ila della figura 9a presenta pareti aggettanti 116 longitudinali, che definiscono una sede longitudinale 118 per impegnare elementi di collegamento 13 come detti sopra. Il corrente 11 può essere ottenuto dal corrente Ila mediante taglio delle pareti 116 su una parte della lunghezza o sull’ intera lunghezza.

Un elemento nodale superiore 18 presenta due gambe 182, 182, che definiscono una sede 183 per accogliere il corrente superiore. Una coppia di propaggini inferiori 186a, b presentano fori passanti 188 per fissaggio di aste diagonali, o meglio preferibilmente presentano aree definite per la formazione dei fori in opera, analogamente agli elementi nodali inferiori. Un'ala 185 laterale serve per appoggio di elementi trasversali per il collegamento superiore dei correnti 11.

Le figure 7 e 8 illustrano sezioni trasversali possibili per aste diagonali in alluminio estruso. Le forme sostanzialmente quadrata a spigoli arrotondati e rettangolare a spigoli arrotondati sono concepite per ottimizzare l’efficienza strutturale di tali elementi. Sono tuttavia possibili ed entro l'ambito dell'invenzione altre forme.

La struttura 10 dell'invenzione è completata dai cavi di presollecitazione C contenuti entro guaine di protezione.

In luogo dei cavi potrebbero essere previste barre di presollecitazione. Si avverte inoltre che il termine "alluminio" come qui usato si intende che comprenda leghe di alluminio con composizione differenziata, adatta alle diverse lavorazioni (estrusione e fusione)ed all’impegno strutturale.

La figura 10 illustra una possibile variante per la struttura tridimensionale in alluminio, indicata complessivamente con il riferimento 30.

La struttura 30, a trave, comprende un corrente inferiore 32, mentre l’elemento resistente superiore è composto con correnti superiori 31 e scatolari 33; elementi compositi 34 in fusione di alluminio costituiscono elementi nodali e diagonali.

Il corrente inferiore 32 è un tubo estruso in alluminio, che contiene uno o più cavi o barre C di presollecitazione alloggiati in sedi simili a quelle 121/122 dell’elemento 12. Ciascun corrente superiore 31 ha una forma in sezione come illustrata nella figura 12, vale a dire presenta una forma tubolare che definisce una camera interna 311 per i cavi o barre, e presenta alette sporgenti 316 che definiscono sedi 318 per accogliere gli elementi scatolari 33. Un esempio di questi ultimi è illustrato in fig. 11. La struttura 30 comprende inoltre elementi trasversali 34 in fusione di alluminio che presentano una parte inferiore nodale 341 e parti a diagonale 342, 342.

Nella fig, 13 è illustrata in sezione una ulteriore forma di elemento estruso secondo l'invenzione, indicata con il riferimento 42. L'elemento 42 forma un corrente inferiore e costituisce anche un elemento nodale continuo. Esso comprende un corpo 421 con alloggiamenti passanti 422 per i cavi o barre di presollecitazione, un'anima di irrigidimento inferiore 423, e propaggini 425 che definiscono vani 426 per elementi diagonali, che possono essere collegati direttamente senza l’uso di nodi.

Si intende che quanto sopra è solo illustrativo dell'invenzione e che tutte le varianti accessibili a un tecnico del ramo ricadano entro l'ambito dell'invenzione come definita nelle rivendicazioni annesse.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura tridimensionale in alluminio comprendente elementi principali estrusi, caratterizzata dal fatto che l’unione fra gli elementi principali è ottenuta mediante cavi o barre presollecitati e da ciò che comprende oltre a questi elementi principali estrusi, elementi secondari in fusione o estrusi estesi almeno in parte secondo piani trasversali agli assi di detti elementi principali.
2. 2. Struttura tridimensionale in alluminio secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che gli elementi principali sono elementi con funzione di correnti (11, 12) dotati di almeno un alloggiamento passante interno per i cavi o barre (C))di presollecitazione, gli elementi secondari comprendono elementi o parti a giunto (16, 18) con propaggini estese secondo piani trasversali agli assi di detti correnti.
3. 3. Struttura secondo la rivendicazione 2 caratterizzata dal fatto che detti elementi con funzione di correnti comprendono un elemento con sezione a cassone (12) il cui vano interno è formato con alloggiamenti (121, 122) per cavi o barre.
4. 4. Struttura secondo la rivendicazione 2 caratterizzata dal fatto che comprende elementi nodali (16, 18) in fusione di alluminio atti ad essere impegnati con un detto elemento a corrente e presentanti propaggini (166 a, b, c, d, 186 a, b) divergenti per ancoraggio di aste diagonali (14, 15).
5. 5. Struttura secondo la rivendicazione 4 caratterizzata dal fatto che dette propaggini comprendono aree definite (169) per essere forate per ancoraggio di dette aste diagonali anche nel caso di diversa giacitura.
6. 6. Struttura secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che almeno alcuni fra detti elementi di corrente e detti elementi a giunto presentano propaggini per accoppiamento a elementi di copertura (13; 33).
7. 7. Struttura secondo la rivendicazione 2 comprendente elementi (34) in fusione di alluminio con funzione sia di nodo che di aste diagonali.
8. 8. Elemento di corrente estruso per una struttura secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che ha una forma tubolare (32) con vano interno con alloggiamenti per i cavi o barre.
9. 9. Elemento nodale (16, 18) per una struttura secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che comprende un corpo con un vano (163, 183) per accogliere un detto corrente, fori per fissaggio ad esso mediante bulloni, propaggini (166, 186) per fissaggio di aste diagonali estese dal corpo e ad angolo fra loro.
10. 10. Elemento secondo la rivendicazione 9 per un nodo superiore, comprendente due propaggini (186a, b) complanari.
11. 11. Elemento secondo la rivendicazione 9 per un nodo inferiore, comprendente quattro propaggini (166a,b,c,d) complanari a due a due.
12. 12. Elemento secondo la rivendicazione 9 comprendente sulle propaggini aree predefmite (169) per la foratura.
13. 13. Elemento in fusione (34) per una struttura secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che comprende una parte nodale e aste diagonali in un pezzo con la parte nodale.
14. 14. Elemento estruso (42) per una struttura secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che comprende un corpo (421) con alloggiamenti (422) per cavi, un'anima (423) posta inferiormente al corpo, propaggini (425) estese dal corpo e ad angolo fra loro.