Come progettare strutture in acciaio: la guida per professionisti

L'acciaio è uno dei materiali più performanti nella progettazione strutturale, capace di garantire resistenza, flessibilità e velocità di montaggio. Tuttavia, progettare strutture in acciaio non è un processo banale: richiede conoscenze tecniche approfondite, una corretta interpretazione normativa e un approccio progettuale rigoroso, soprattutto in presenza di azioni sismiche o nodi complessi. In questo articolo, analizziamo i passaggi fondamentali per affrontare con competenza la progettazione, con un focus particolare su come progettare strutture in acciaio in zona sismica e su come progettare correttamente i collegamenti, elemento spesso sottovalutato ma decisivo per la sicurezza e l'efficienza del sistema strutturale. Concluderemo con consigli pratici e risorse utili per chi desidera approfondire con esempi reali e formazione professionale.

Perché scegliere l'acciaio nella progettazione strutturale?

Partiamo spiegando i motivi per cui l'acciaio è una scelta strategica per il progettista che cerca prestazioni elevate, versatilità e rapidità esecutiva. Rispetto ad altri materiali, consente di realizzare strutture leggere ma estremamente resistenti, con sezioni snelle e grandi luci libere da ingombri. È particolarmente vantaggioso in contesti dove tempi di costruzione ridotti, facilità di montaggio e precisione dimensionale sono requisiti fondamentali. Inoltre, l'acciaio garantisce ottime prestazioni antisismiche, a condizione che venga progettato correttamente, soprattutto nei collegamenti. Non a caso, oggi progettare strutture in acciaio è una competenza sempre più richiesta in ambito civile, industriale e infrastrutturale, anche per la sua compatibilità con le logiche della prefabbricazione, del recupero e della sostenibilità ambientale.

I principali vantaggi delle strutture in acciaio sono:

• Elevato rapporto resistenza/peso
  consente di ridurre le sezioni e alleggerire l'intera struttura;
• Flessibilità progettuale
  si rivela ideale per realizzare grandi luci, forme complesse e strutture modulari;
• Rapidità di montaggio
  la prefabbricazione in officina riduce i tempi e i costi in cantiere;
• Comportamento prevedibile e omogeneo
  l'acciaio ha caratteristiche meccaniche costanti e ben definite;
• Facilità di ispezione e manutenzione
  utile in ambienti soggetti a stress o corrosione;
• Ottima riciclabilità
  è un materiale completamente recuperabile e riutilizzabile;
• Prestazioni antisismiche elevate
  se progettato secondo criteri corretti, offre duttilità e resistenza ai cicli di carico.

I passaggi fondamentali per progettare una struttura in acciaio

Per progettare strutture in acciaio in modo efficace, sicuro e conforme alla normativa, è fondamentale seguire una sequenza logica e rigorosa di fasi progettuali. Ogni passaggio richiede valutazioni tecniche specifiche e un'interazione continua tra calcolo strutturale, esigenze architettoniche e fattibilità esecutiva.

Ecco quali sono i principali step con indicazione di consigli utili ed errori da evitare:

1. Scelta del sistema strutturale

Descrizione	In questa fase si individua la tipologia strutturale più adatta: telai rigidi, strutture controventate, reticolari o miste. La scelta va calibrata su luce, carichi, vincoli architettonici e sismici.
Consigli	Valuta con attenzione la direzione delle azioni orizzontali e il comportamento globale dell'edificio. Se operi in zona sismica, privilegia sistemi regolari e simmetrici.
Errori Comuni	Sottovalutare l'instabilità laterale in telai non controventati; trascurare le esigenze impiantistiche e architettoniche in fase di scelta del sistema.

2. Definizione delle azioni

Descrizione	Si calcolano tutte le azioni agenti previste da normativa: carichi permanenti, variabili, vento, neve e sisma. Fondamentale attenersi a NTC 2018 ed Eurocodice 1 e 8.
Consigli	Utilizza software aggiornati con librerie di carichi climatici per zona. Verifica le combinazioni più gravose, specialmente in presenza di sisma e vento.
Errori Comuni	Utilizzare carichi non aggiornati o dimenticare i coefficienti parziali di sicurezza. Ignorare la direzione prevalente del vento o le accelerazioni sismiche locali.

3. Analisi strutturale

Descrizione	La struttura viene modellata con software FEM per calcolare sollecitazioni e spostamenti. La qualità dell'analisi dipende dall'accuratezza nella definizione di vincoli, carichi e giunzioni.
Consigli	Controlla i gradi di libertà dei nodi e verifica che i vincoli siano coerenti con la realtà. Esegui un'analisi modale se il sisma è rilevante.
Errori Comuni	Vincolare in modo eccessivo i nodi (struttura iperstatica non realistica) o ignorare effetti secondari come instabilità locale.

4. Verifiche di resistenza e stabilità

Descrizione	Gli elementi strutturali devono essere verificati per flessione, taglio, presso-tenso-flessione e instabilità (flambaggio locale o globale). Le aste devono rispettare i limiti di tensione e deformazione.
Consigli	Controlla la snellezza delle aste e scegli correttamente il metodo di verifica (sezione piena, snervamento, etc.). Utilizza le formule dell'Eurocodice per aste compresse e flesso-compresse.
Errori Comuni	Trascurare la lunghezza libera di inflessione o considerare vincoli non realistici. Sottovalutare l'importanza delle deformazioni nei calcoli di servizio.

5. Progettazione dei collegamenti

Descrizione	È la fase in cui si progettano i nodi bullonati o saldati, piastre di base, irrigidimenti e giunti. Progettare i collegamenti nelle strutture in acciaio richiede attenzione a resistenza, deformabilità e modalità di trasferimento delle sollecitazioni.
Consigli	Utilizza risorse professionali (anche in PDF) con casi studio e verifiche complete. Considera la direzione delle forze interne e scegli tra giunti rigidi o semirigidi in base al comportamento atteso.
Errori Comuni	Progettare collegamenti sovraresistenti senza verificare la compatibilità deformativa. Ignorare le tensioni localizzate nelle piastre o la distribuzione reale degli sforzi tra bulloni.

6. Dettagli costruttivi e deformabilità

Descrizione	I dettagli influenzano sia la resistenza sia il comportamento in esercizio. È fondamentale controllare le frecce ammissibili e garantire che la struttura sia realizzabile in officina e in cantiere.
Consigli	Progetta con tolleranze realistiche, facilita l'accoppiamento in cantiere e prevedi elementi di irrigidimento dove necessario. Verifica anche i dettagli di saldatura e foratura.
Errori Comuni	Produrre dettagli teorici non eseguibili o troppo delicati. Trascurare la compatibilità tra le tolleranze di progetto e quelle reali delle officine metalliche.

7. Verifiche sismiche

Descrizione	Se la struttura si trova in zona sismica, è necessario progettare secondo criteri dissipativi. Ciò implica il rispetto della gerarchia delle resistenze, la duttilità dei collegamenti e la corretta configurazione dei sistemi di controvento.
Consigli	Progetta con classi di duttilità adeguate. Prediligi sistemi regolari in pianta ed elevazione. Controlla la verifica ciclica dei collegamenti e l'eventuale comportamento plastico previsto.
Errori Comuni	Sottovalutare l'importanza della duttilità nei giunti. Adottare configurazioni irregolari che amplificano le forze sismiche. Trascurare il contributo dei collegamenti alla risposta globale.

Progettare strutture in acciaio in zona sismica

Quando si progetta una struttura in acciaio in zona sismica, non è sufficiente garantire la resistenza statica ai carichi verticali e orizzontali. La progettazione sismica richiede un approccio completamente diverso, incentrato sulla capacità della struttura di assorbire energia senza collassare, anche in caso di eventi estremi. In questo contesto, l'acciaio rappresenta un materiale vantaggioso grazie alla sua duttilità naturale, ma è necessario rispettare criteri specifici per sfruttarne appieno il potenziale. Uno dei principi cardine della progettazione sismica è la gerarchia delle resistenze, che impone di progettare la struttura affinché le cerniere plastiche si sviluppino in punti controllati (elementi duttili), mentre le parti fragili (ad esempio i collegamenti) rimangano in campo elastico. Questo richiede una conoscenza approfondita del comportamento non lineare dei materiali e delle sollecitazioni cicliche.

In una struttura d'acciaio, questo si traduce in alcune scelte chiave:

• l'uso di controventi dissipativi o telai a comportamento plastico progettati secondo Eurocodice 8 o Capitolo 7 delle NTC;
• l'adozione di collegamenti capaci di resistere a cicli di carico alternati, spesso trascurati nei progetti convenzionali;
• l'attenzione alla regolarità della struttura in pianta ed elevazione, per evitare concentrazioni di sollecitazioni e torsioni indesiderate;
• il rispetto dei parametri geometrici, come lunghezze libere d'inflessione e distanze tra piani, per evitare fenomeni di instabilità amplificata dal sisma.

È fondamentale che il progettista si ponga una domanda chiave: dove voglio che si sviluppi la plasticizzazione in caso di sisma? A partire da questa risposta, si costruisce l'intero schema progettuale, che dovrà garantire sia la resistenza agli stati limite ultimi, sia un adeguato controllo delle deformazioni agli stati limite di esercizio. Un altro aspetto spesso sottovalutato riguarda i collegamenti. In zona sismica, progettare i collegamenti nelle strutture in acciaio non può limitarsi alla verifica statica: è indispensabile considerarne anche la resistenza a fatica e a cicli di carico. La scelta tra giunti bullonati e saldati, la lunghezza delle saldature, la qualità dell'acciaio e la modalità di posa incidono fortemente sul comportamento della struttura durante un terremoto.

Tutti questi concetti - dal comportamento dissipativo e non dissipativo alla distinzione tra verifiche di resistenza (RES) e verifiche di duttilità (DUT), dalle tipologie strutturali previste dalla NTC 2018 alle regole di progetto per controventi concentrici ed eccentrici - sono approfonditi nel modulo dedicato alla progettazione sismica all'interno del corso. Un'opportunità concreta per i professionisti che vogliono progettare strutture in acciaio con consapevolezza anche in contesti ad alta sismicità.
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L'importanza strategica dei collegamenti strutturali

I collegamenti in una struttura in acciaio non sono mai semplici giunzioni: sono veri e propri nodi critici, fondamentali per garantire la continuità strutturale e il corretto trasferimento di carichi tra elementi (momenti, taglio, trazione, compressione). Se un collegamento fallisce o è mal progettato, l'intera struttura è a rischio.

L'ingegnere strutturale deve considerare vari tipi di collegamento:

• Bullonati: per carichi di taglio, attrito o bearing;
• Saldati: con saldature a filetto, a gola o a piena penetrazione;
• Piastre di base e piastre di nodo: per colonne, controventi e travi reticolari.

Una progettazione accurata deve includere:

• La verifica combinata di resistenza e rigidezza del nodo;
• L'uso del Component Method previsto dalla norma EN 1993-1-8;
• La valutazione della resistenza a fatica e ai cicli di carico in ambito sismico, come richiesto da EN 1993-1-9.

Un buon collegamento garantisce non solo sicurezza, ma anche robustezza strutturale, affidabilità nel tempo e semplificazione delle fasi di prefabbricazione e montaggio. Per questo motivo, la sua progettazione deve avere la stessa attenzione riservata agli elementi principali della struttura.

Consigli dell'esperto

Controlla sempre i collegamenti in fase ciclica	oltre alla resistenza statica, verifica il comportamento sotto cicli di carico, specialmente in presenza di sisma o vibrazioni ripetute.
Prediligi soluzioni collaudate	l'utilizzo di connessioni prequalificate semplifica il progetto e ne aumenta l'affidabilità, riducendo la necessità di verifiche complesse.
Usa software avanzati per i nodi complessi	strumenti specifici per la verifica dei collegamenti, come i modellatori a componenti, consentono analisi dettagliate di resistenza e deformabilità.
Documenta correttamente ogni collegamento	specifica su disegni e relazioni ogni dettaglio costruttivo, inclusi bulloni, saldature, piastre e sequenze di montaggio.
Coinvolgi officina e montatori	una progettazione condivisa con chi realizza e assembla i pezzi riduce gli imprevisti in cantiere e migliora la qualità del risultato finale.

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