I controventi in acciaio sono gli elementi strutturali che assorbono le azioni orizzontali su un edificio, in particolare quelle sismiche. Si dividono in due grandi famiglie, concentrici ed eccentrici, e la scelta tra le due non è mai neutra: determina la duttilità disponibile, il fattore di comportamento q da assumere in progetto e il livello di dettaglio richiesto nel modello a elementi finiti.
In breve:
- La progettazione dei controventi in acciaio richiede di assegnare la classe di duttilità e il fattore q appropriato a seconda dello schema utilizzato, con valori di q fino a 4 per la diagonale tesa attiva e non superiore a circa 1,5 per gli schemi a K.
- La verifica delle diagonali include il controllo della snellezza e della resistenza, assicurando che le piastre di nodo e le connessioni siano dimensionate con margini di sovraresistenza e rispettando la gerarchia di resistenze.
- Il dimensionamento dei link eccentrici si basa sul regime di collasso atteso, distinguendo tra link corti, intermedi e lunghi, con attenzione alla resistenza a taglio e flessione, e alla loro capacità di sostenere rotazioni ripetute.
- La modellazione con software FEM dovrebbe includere il controllo accurato delle aste tension only, per evitare sovrastime della rigidezza e fornire analisi più affidabili delle risposte sismiche.
- Le nuove classi di duttilità del Eurocodice 8 e l’uso crescente di analisi non lineare impongono un approccio più rigoroso e l’adozione di strumenti avanzati di verifica, anche in fase di cantiere.
Indice
- Quali sono le principali tipologie di controventi in acciaio?
- Come si progettano i controventi concentrici?
- Come si dimensionano i link nei controventi eccentrici?
- Come si modellano i controventi in un software FEM?
- Cosa cambia con il nuovo Eurocodice 8 per i controventi?
- Quali controlli fare in fase esecutiva sui controventi?
- Cosa cambierà nella progettazione dei controventi nei prossimi anni?
- Approfondire la progettazione dei controventi in acciaio
- Fonti
- Domande frequenti
Quali sono le principali tipologie di controventi in acciaio?
Le tipologie di controventi si distinguono per geometria e per il modo in cui dissipano l’energia sismica. Nei sistemi concentrici gli assi delle diagonali, dei traversi e dei montanti convergono in un unico nodo o quasi, mentre nei sistemi eccentrici almeno un’estremità della diagonale è deliberatamente scostata dal nodo, creando un tratto di trave, il “link”, che lavora come fusibile strutturale.
Tra le configurazioni concentrici, tre schemi ricorrono nella pratica progettuale:
- Diagonale tesa attiva: solo la diagonale in trazione partecipa alla resistenza in ogni verso del sisma, mentre quella compressa si considera inefficace per instabilità; è lo schema con la maggiore duttilità disponibile.
- Controventi a V: le diagonali convergono su un punto intermedio della trave, che deve assorbire lo squilibrio di forze verticali generato dalla plasticizzazione asimmetrica delle diagonali.
- Controventi a K: le diagonali intersecano la colonna a metà altezza, una configurazione penalizzata dai codici perché il collasso di una diagonale può innescare instabilità della colonna stessa.
Gli schemi a X si comportano in modo simile alla diagonale tesa attiva, con il vantaggio di una maggiore rigidezza laterale ma un impatto architettonico più marcato sulle aperture.
Nei controventi eccentrici la dissipazione si concentra nel link, classificato come corto, intermedio o lungo in funzione del rapporto tra lunghezza e altezza della sezione: i link corti dissipano prevalentemente per taglio, quelli lunghi per flessione. Questo meccanismo permette di rendere strutturalmente più flessibile lo schema rispetto ai concentrici puri, con vantaggi architettonici in termini di apertura dei vani.
In termini di fattore di comportamento, la diagonale tesa attiva raggiunge un valore di circa 4, mentre lo schema a K rimane limitato a un valore inferiore o uguale a circa 1,5 proprio per la vulnerabilità della colonna intersecata a metà altezza. Gli schemi eccentrici, se ben progettati, si collocano tipicamente tra questi due estremi, con valori di q intermedi che riflettono un comportamento dissipativo controllato dal link.
Come si progettano i controventi concentrici?
Il progetto di un controvento concentrico dissipativo ruota attorno a tre requisiti che devono essere verificati in sequenza, non isolatamente: la classe di duttilità, il controllo della snellezza e la gerarchia delle resistenze.
- Assegnare la classe di duttilità e il fattore q coerente con lo schema: la diagonale tesa attiva consente q=4, gli schemi a V restano su valori intermedi, e il K resta penalizzato a q≤1,5 per il rischio di instabilità della colonna.
- Controllare la snellezza adimensionale delle diagonali: un valore eccessivo compromette la capacità dissipativa in compressione e altera la risposta ciclica attesa nel modello.
- Verificare la gerarchia delle resistenze: le piastre di nodo, i collegamenti bullonati e le colonne devono avere una resistenza superiore a quella plastica della diagonale, in modo che la plasticizzazione avvenga solo dove prevista dal progettista.
- Dimensionare i collegamenti con margine di sovraresistenza: sia le unioni bullonate acciaio sia le unioni saldate acciaio devono restare in campo elastico quando la diagonale plasticizza.
Un consiglio: quando verifichi la snellezza delle diagonali in un modello con più campate controventate, controlla che il software applichi lo stesso criterio di esclusione delle aste compresse su tutte le combinazioni sismiche, non solo su quella più gravosa: un errore ricorrente è validare un’unica combinazione e assumere che il comportamento sia lo stesso per le altre.
Come si dimensionano i link nei controventi eccentrici?
Il dimensionamento dei link eccentrici richiede di stabilire prima il regime di collasso atteso, poi di verificarlo con le formule di resistenza appropriate. Un link si definisce corto quando il taglio plastico Vl,Rd governa la risposta prima del momento plastico Ml,Rd alle estremità; è lungo nel caso opposto, con la flessione a controllare la plasticizzazione; è intermedio quando i due meccanismi interagiscono.
I parametri geometrici coinvolti nel calcolo, lo spessore delle ali (tf), lo spessore dell’anima (Tw) e l’altezza della sezione (h), definiscono sia la resistenza plastica sia la classificazione del link stesso. Alcuni aspetti costruttivi meritano attenzione specifica:
- Gli irrigidimenti (stiffener) d’anima devono essere posizionati con passo adeguato per contrastare l’instabilità ciclica del pannello durante l’inversione di carico.
- La zona del link va progettata con dettagli capaci di sostenere rotazioni plastiche ripetute senza degrado prematuro di resistenza.
- Le membrature adiacenti al link, comprese le connessioni, devono restare in campo elastico secondo il principio della gerarchia delle resistenze.
Gli eccentrici si preferiscono quando serve una maggiore libertà architettonica nelle aperture o una duttilità superiore rispetto a uno schema a K, accettando in cambio una progettazione più articolata del dettaglio costruttivo.
Come si modellano i controventi in un software FEM?
Il passaggio dal calcolo manuale al modello a elementi finiti introduce alcune insidie che riguardano proprio le diagonali di controvento. La più frequente riguarda la modellazione delle aste tension only: se il software non esclude correttamente la diagonale compressa in ogni combinazione sismica, il modello sovrastima la rigidezza laterale e restituisce una distribuzione di sollecitazioni non coerente con il comportamento reale della struttura.
Automatizzare questo controllo, verificando per ogni combinazione lo stato teso o compresso di ciascuna asta e adattandone la rigidezza efficace, riduce gli errori sistematici che altrimenti restano nascosti nei risultati numerici. MasterSap 4U, piattaforma di analisi e verifica per strutture in acciaio, integra questa gestione nella fase di modellazione delle strutture con controventi, insieme alle funzionalità di verifica e disegno per l’acciaio.
Per validare il comportamento dissipativo previsto in progetto, l’analisi non lineare e la pushover restano gli strumenti più affidabili:
- Eseguire prima un’analisi statica lineare per dimensionare le membrature secondo la gerarchia delle resistenze.
- Passare a un’analisi pushover per verificare la sequenza di plasticizzazione e confrontarla con quella attesa dal progetto in capacity design.
- Controllare la distribuzione delle cerniere plastiche: concentrazioni anomale segnalano un errore di modellazione o un sottodimensionamento locale.
- Valutare la sovraresistenza globale del sistema rispetto a quella minima richiesta dalla normativa, evitando margini eccessivi che appesantiscono inutilmente la struttura.
Un consiglio: dopo una pushover su uno schema concentrico, controlla sempre se le prime cerniere plastiche compaiono nelle diagonali previste dal progetto: se emergono in colonne o travi, la gerarchia delle resistenze non è rispettata, anche se le verifiche elastiche singole risultano soddisfatte. Gli studi parametrici su ampie serie di modelli confermano che la scelta della snellezza e della maglia di controvento influenza direttamente la sovraresistenza globale e la distribuzione delle plasticizzazioni, un aspetto che l’analisi lineare da sola non permette di cogliere. Chi lavora con scripting Python nel proprio flusso di verifica può automatizzare il confronto tra sovraresistenze locali e globali su più configurazioni, riducendo il tempo dedicato ai controlli ripetitivi.
Cosa cambia con il nuovo Eurocodice 8 per i controventi?
Il nuovo Eurocodice 8 riorganizza in modo sostanziale l’impianto normativo per le strutture in acciaio e miste. Introduce tre classi di duttilità, DC1, DC2 e DC3, in sostituzione della precedente distinzione tra comportamento dissipativo e non dissipativo, e amplia le tipologie strutturali ammesse includendo controventi disposti su due piani e sistemi a instabilità impedita.
Per i progettisti, questo significa rivedere i criteri con cui si assegna la classe di duttilità a uno schema concentrico o eccentrico, poiché i limiti di snellezza e i coefficienti di sovraresistenza associati alle nuove classi non replicano semplicemente le vecchie categorie DCM e DCH. I riferimenti tecnici da tenere aggiornati in parallelo comprendono:
- L’Eurocodice 8 (prEN 1998-1-2) per le regole sismiche specifiche di ogni classe di duttilità.
- La norma EN 1993 per la progettazione delle strutture in acciaio in condizioni statiche e sismiche.
- La UNI EN 1090 per i requisiti di esecuzione, saldatura e controllo qualità in officina e in cantiere.
- Le NTC e i relativi Capitoli tecnici, che restano il riferimento nazionale cogente fino al recepimento definitivo del nuovo testo europeo.
Traducendo questi requisiti in controlli operativi, ogni verifica FEM dovrebbe registrare la classe di duttilità assunta, il fattore q corrispondente e i limiti di snellezza verificati, in modo che la documentazione di progetto sia coerente punto per punto con la normativa applicata. Vale la regola generale, valida per qualunque novità normativa in fase di consolidamento: verificare sempre i testi ufficiali pubblicati e le versioni definitive prima di trasferirle nei criteri di progetto.
Quali controlli fare in fase esecutiva sui controventi?
La fase esecutiva è dove gli errori teorici si trasformano in problemi reali di cantiere. Una checklist operativa aiuta a non saltare passaggi critici:
- Verificare che la snellezza adimensionale delle diagonali, calcolata con le proprietà effettive della sezione scelta, rientri nei limiti della classe di duttilità assegnata.
- Controllare che le aste tese rispettino la resistenza plastica richiesta senza margini eccessivi rispetto al minimo normativo.
- Verificare le piastre di nodo per resistenza a rifollamento, rottura per taglio del blocco e stabilità locale.
- Controllare le unioni bullonate acciaio con la verifica bulloni a taglio secondo le classi di resistenza previste in progetto.
- Ispezionare le unioni saldate acciaio, in particolare le saldature a piena penetrazione nei collegamenti trave colonna dove richieste dal capacity design.
- Raccogliere la documentazione di conformità secondo UNI EN 1090, comprese le certificazioni di saldatura e i controlli non distruttivi previsti.
Per interventi su strutture esistenti, l’inserimento di nuovi controventi metallici come sistema di potenziamento richiede una verifica preliminare della compatibilità con le fondazioni esistenti e con la rigidezza degli elementi originari, oltre alla valutazione di eventuali controventi in legno o in muratura già presenti che potrebbero interagire con il nuovo sistema resistente.
Cosa cambierà nella progettazione dei controventi nei prossimi anni?
Le nuove classi di duttilità del futuro Eurocodice 8 e l’ampliamento delle tipologie ammesse spingono verso un uso più sistematico dell’analisi non lineare, non più riservato solo a progetti complessi. Un controllo lineare da solo non basta più a giustificare l’assegnazione di un fattore q elevato quando lo schema strutturale rientra tra le nuove configurazioni previste dal testo europeo.
L’integrazione tra modellazione BIM e verifica FEM riduce gli errori di trasferimento dati tra fase architettonica e fase di calcolo, un problema che nei controventi si traduce spesso in incongruenze tra la geometria reale delle diagonali e quella assunta nel modello strutturale. Gli studi in ambito universitario che confrontano approcci alternativi al capacity design confermano che le analisi parametriche estese, più che il singolo calcolo puntuale, sono la direzione in cui la progettazione sismica dell’acciaio si sta muovendo.
Per gli studi professionali, questo significa investire in formazione sulle nuove classi di duttilità e in strumenti che gestiscano pushover e verifiche non lineari senza richiedere procedure manuali parallele al modello principale.
— AMV Software Company
Approfondire la progettazione dei controventi in acciaio
Chi progetta strutture con controventi in acciaio trova un supporto operativo diretto in MasterSap 4U, disponibile anche nella versione gratuita GO! per iniziare a modellare senza costi iniziali. Le licenze professionali partono da piani a pagamento mensili o perpetui, con livelli differenti per esigenze di calcolo più articolate. Per le verifiche specifiche sull’acciaio, il modulo di verifica e disegno acciaio integra i controlli di gerarchia delle resistenze descritti in questo articolo direttamente nel flusso di modellazione. Chi lavora su strutture esistenti da rinforzare con nuovi controventi può consultare gli applicativi aggiuntivi per pushover e resistenza al fuoco, mentre i casi studio pubblicati mostrano applicazioni concrete di analisi non lineare su strutture in acciaio. Per chi progetta anche connessioni e dettagli di fissaggio, un riferimento tecnico utile sui componenti di collegamento per strutture metalliche è disponibile su B-a.
Fonti
Per approfondire i temi trattati: la guida di Promozione Acciaio sulla progettazione di controventi concentrici ed eccentrici, l’analisi sulle novità del nuovo Eurocodice 8, la panoramica su tipologie e regole di progetto dei controventi e la tesi sui controventi concentrici ad X. Si raccomanda sempre la consultazione dei testi normativi ufficiali definitivi.
- La progettazione di strutture in acciaio con controventi concentrici e con controventi eccentrici in zona sismica
- Controventi in acciaio: differenze tipologiche e regole di progetto
- I controventi concentrici ad X nelle strutture metalliche: Progettazione, modellazione e analisi strutturale
Domande frequenti
Cosa sono i controventi?
Sono elementi strutturali in acciaio, in genere diagonali disposte tra travi e colonne, che assorbono le forze orizzontali generate da vento e sisma. Si distinguono in concentrici, dove gli assi convergono in un unico nodo, ed eccentrici, dove un tratto di trave chiamato link concentra la dissipazione di energia.
Come si mettono i controventi?
I controventi metallici si posizionano tipicamente nelle campate perimetrali o in campate centrali dedicate, secondo schemi a diagonale tesa attiva, a V, a K o a X, scelti in base alle esigenze architettoniche e al comportamento sismico richiesto. La disposizione deve garantire una distribuzione regolare della rigidezza in pianta e in elevazione per evitare eccentricità torsionali indesiderate.
Cosa sono le aste di controvento?
Sono le membrature diagonali che collegano nodi trave colonna non adiacenti, progettate per lavorare principalmente a trazione o compressione assiale. Nei modelli FEM si trattano spesso come aste tension only, escludendo automaticamente il contributo della diagonale compressa nelle combinazioni sismiche.
Cosa sono i controventi concentrici?
Sono schemi in cui gli assi di diagonali, travi e colonne si intersecano in un unico nodo o in punti molto vicini tra loro, a differenza degli eccentrici dove l’intersezione è volutamente scostata. Le varianti principali sono la diagonale tesa attiva, con fattore di comportamento q=4, lo schema a V e lo schema a K, quest’ultimo limitato a q≤1,5 per la vulnerabilità della colonna intersecata.
