Connessioni rigide a colonna trave-HSS resistenti al momento

Esistono numerose soluzioni di connessione di pubblico dominio per moment resisting frames sotto carico sismico elevato disponibili come progetti prequalificati in AISC 358, tuttavia nessuna di queste riguarda direttamente i membri della sezione strutturale cava. Questa assenza di connessioni momento sismiche a piena resistenza approvate per sezioni cave è talvolta percepita come una barriera all’utilizzo di colonne HSS in tali telai (riconoscendo che le sezioni W sarebbero tipicamente scelte per le travi) in Nord America.

Approccio a diaframma

In Giappone c’è un utilizzo molto elevato di sezioni cave come colonne in acciaio rigidamente collegate telai resistenti al momento, in quanto tali connessioni sono prequalificate e i negozi di fabbricazione hanno molta familiarità con questa modalità di costruzione. Utilizzando una procedura di progettazione (consigliata) a colonna forte-debole-fascio, al fine di ottenere la piena capacità del momento, gli irrigidimenti trasversali delle colonne sono solitamente necessari per trasferire carichi assiali nelle flange del fascio. Questi (due) irrigidimenti possono essere interni, esterni o attraverso diaframmi, esempi dei quali sono riportati in Fig. 1.

Fig. 1: Collegamento del diaframma alla colonna RHS: (a) esterno; (b) attraverso

Le procedure di progettazione per questi tipi di connessione a membrana sono riportate nel capitolo 8 della CIDECT Design Guide n.9 sulle connessioni alle colonne HSS (2004). Il diaframma passante (Fig. 1 (b)) è il più popolare in Giappone, ma la procedura di fabbricazione da diaframma a colonna è ora standardizzata e in gran parte eseguita da robot di saldatura nel negozio. Questa tecnica, e la qualità risultante prevista, è difficile da raggiungere per i negozi che non hanno familiarità con tale fabbricazione. Il metodo del diaframma esterno per irrigidire la colonna è un’alternativa pratica per un’implementazione diffusa; è molto più semplice da fabbricare e i diaframmi sagomati possono essere scivolati su una colonna HSS senza tagliare l’elemento della colonna. Questo concetto è già stato adottato in regioni sismiche gravi altrove (ad esempio Fig. 2).

Fig. 2: Esterno diaframma rotondo HSS colonna di connessione (aeroporto di Auckland, Nuova Zelanda)

Proprietario Connessioni

AISC 358 ha prequalificati il ConXtech® ConXL™ momento di collegamento per il Momento Speciale Fotogrammi (Smf) e Intermedio Telai Momento-resistenti (IMFs), con il fascio chiaro span-profondità rapporti ≥ 7 (per Smf) e ≥ 5 (per IMFs), e 16. colonne quadrate. ConXtech® (www.conxtech.com) ha anche ricevuto la qualifica IC-ES per un’altra versione, la connessione moment CONXR™, per colonne più piccole. Questa connessione proprietaria (mostrato in Fig. 3) consiste dei gruppi del collare che formano un collare di compressione intorno ad una colonna quadrata di HSS una volta fissata con i bulloni pretensionati ad alta resistenza. La fissità biassiale rigida è raggiunta fra la colonna (calcestruzzo-riempita) e fino a quattro fasci della W-sezione, senza saldatura del campo. Collari colonna (con un cono 3D) sono inizialmente shop-saldati a tutti e quattro gli angoli della colonna e collari trave (anche conici) sono similmente shop-saldati alle flange trave superiore e inferiore, poi sul sito le travi vengono abbassate nei loro supporti sulla colonna e infine le parti sono serrati insieme con bulloni diagonali agli angoli della colonna. I collari (forgiati e lavorati) sono progettati per rimanere essenzialmente elastici, con una forza sufficiente per forzare l’incernieramento nelle travi. Nella progettazione convenzionale del telaio del momento il numero di telai resistenti al momento è ridotto al minimo, per ragioni di economia, ma con questo sistema di inquadratura si ottiene un “telaio spaziale resistente al momento distribuito” poiché tutte o la maggior parte delle connessioni trave-colonna sono resistenti al momento e questo porta a una maggiore ridondanza e robustezza, con maggiore resistenza al collasso progressivo (AISC 358). Questo sistema di framing biassiale brevettato da ConXtech® con sede in California è prequalificato da AISC 358 per soli 16 pollici. colonne quadrate in calcestruzzo HSS attualmente.

Fig. 3: Modello di ConXtech® ConXL™ momento di connessione e con un raggio rimosso

un Altro momento sismico sistema di collegamento, potenzialmente applicabile a quadrati e rettangolari, HSS, ma non prequalificati attualmente da AISC 358, è SidePlate® (www.sideplate.com). Questo sistema utilizza una serie di saldatura piastre per creare una rigida e fissa planare di collegamento tra la colonna e il W-sezione del fascio(s). Nel negozio, le piastre di copertura della flangia sono saldate alla parte superiore e inferiore delle travi e le piastre laterali sono saldate su due lati della colonna. Sul posto, nell’ultima realizzazione di questo sistema, la connessione può essere completata avvitando le piastre di copertura del fascio ad angoli sporgenti dalle piastre laterali della colonna. Questo concetto ha il potenziale per lo sviluppo come connessione sismica proprietaria prequalificata per colonne HSS.

Piastre terminali o staffe bullonate per connessioni a colonna trave-HSS

La gamma di connessioni prequalificate in AISC 358 include connessioni a momento della piastra terminale estesa imbullonate e irrigidite, nonché la staffa bullonata Kaiser, che è una forma proprietaria che utilizza staffe irrigidite in acciaio fuso. Queste connessioni standard e proprietarie sono sviluppate per l’uso con colonne a sezione W. L’adattamento di tali configurazioni alle colonne HSS richiede lo sviluppo di soluzioni che affrontino il problema delle deformazioni locali nella faccia della colonna di collegamento.

Raggiungere la piena rigidità e la sovraresistenza del momento nelle connessioni direttamente imbullonate alle facce delle colonne HSS può essere difficile e spesso non è pratico, poiché le pareti delle colonne devono in genere essere rinforzate in qualche modo; ad esempio con l’aggiunta di collari o piastre collari. Fico. 4 illustra una soluzione fattibile per un collegamento della piastra terminale, a una colonna HSS riempita di calcestruzzo utilizzando lunghi “bulloni passanti”. Le connessioni a due vie potrebbero essere dettagliate in modo che i bulloni o le aste siano leggermente sfalsati.

Fig. 4: Collegamenti della piastra terminale a una colonna riempita di cemento, utilizzando lunghi “bulloni passanti”