La corretta modellazione agli elementi finiti degli elementi parete rappresenta senza alcun dubbio un aspetto fondamentale nell’analisi del comportamento strutturale, soprattutto in campo sismico, degli edifici in legno con tipologia strutturale a pareti portante intelaiate.

Differenti proposte sono state formulate in letteratura al fine di riprodurre il comportamento statico e dinamico di pareti portante intelaiate soggette a carichi orizzontali, sia in campo lineare che in campo non lineare.

Il grado di complessità di tali proposte risulta, tuttavia, in molti casi principalmente rivolto al campo della ricerca scientifica piuttosto che ad un’applicazione diretta nell’ambito professionale/ingegneristico.

Punto comune nelle differenti proposte è la modellazione degli elementi del telaio ligneo costituenti la parete intelaiata. Montanti e traversi possono sono infatti generalmente modellati mediante elementi di tipo “trave” (“frame elements”) assegnando agli stessi un materiale di tipo elastico lineare ed ortotropo. I montanti sono solitamente collegati al traverso superiore e a quello inferiore mediante dei vincoli a cerniera (i montanti sono dunque definiti come elementi biella).

Il grado di complessità e raffinatezza del modello di analisi è correlato principalmente alla modellazione del panello controventante, dei connettori utilizzati al fine di garantire il collegamento tra il pannello stesso ed il telaio ligneo nonché degli elementi (hold-down, angolari, ecc.) utilizzati al fine di assicurare l’ancoraggio della parete alla struttura di fondazione.

Una modellazione piuttosto raffinata di una parete intelaiata dovrebbe prevedere in particolare:

• la modellazione dei panelli di controventamento (OSB, gessofibra, ecc.) mediante elementi area (piastra o lastra in relazione alle analisi che è necessario condurre) con materiale a comportamento ortotropo;
• l’utilizzo di elementi link/spring per rappresentare ciascun connettore utilizzato nel collegamento fra i pannelli controventanti ed il telaio ligneo;
• l’utilizzo di elementi link/spring per la modellazione degli elementi angolari e dell’elemento hold-down che contribuisce attivamente ad evitare il ribaltamento della parete (il contributo deformativo dell’elemento hold-down posto nella parte compressa della parete dovrebbe essere omesso);

• l’utilizzo di elementi di tipo “gap” al fine di simulare il contatto del traverso inferiore alla struttura di fondazione (in questo è comunque necessario procedere mediante un’analisi di tipo non lineare essendo gli elementi gap degli elementi “attivi” qualora soggetti solamente a forze di compressione).

  

Risulta piuttosto intuitivo come tale di tipo di modellazione rappresenta un metodo di analisi in grado di cogliere con elevata precisione le sollecitazioni interne di tutte le componenti strutturali e di valutare correttamente lo stato deformativo della parete stessa.

E’ altresì importante sottolineare come tale di grado di raffinatezza risulta, tuttavia, in molti casi inapplicabile nel comune ambito professionale, in quanto l’onere computazionale richiesto nell’analisi di un intero edificio risulterebbe piuttosto ingente.

Per tale ragione, al fine di svolgere agevolmente l’analisi sismica di un intero edificio a pareti portanti intelaiate, è ragionevole affidarsi ad un approccio semplificato che permetta di cogliere con sufficiente precisione, ma con un notevole risparmio computazionale, il comportamento di una parete portante intelaiata soggetta ad azioni orizzontali.

Un approccio piuttosto recente è quello rappresentato dall’UNITN model, sviluppato dal gruppo di ricerca sulle strutture in legno dell’Università di Trento con lo scopo di fornire un metodo di modellazione semplificata per l’analisi di pareti portante intelaiate soggette a carichi orizzontali. Ciascuna parete portante intelaiata viene modellata mediante un sistema di bielle, rappresentanti i montanti ed i traversi del telaio ligneo come già descritto in precedenza. Un elemento link/spring orizzontale (che può essere sostituito anche da un elemento biella diagonale) viene utilizzato per simulare la rigidezza laterale KSP derivante dal pannello di controventamento (di rigidezza KP) e dal collegamento pannello-telaio di rigidezza complessiva KSH .

Un elemento link verticale con rigidezza kh viene utilizzato per simulare l’elemento hold-down posto all’estremità della parete, mentre un elemento link orizzontale rappresenta la rigidezza complessiva KA di tutti gli elementi utilizzati al fine di evitare lo scorrimento della parete. Elementi di tipo gap possono essere utilizzati al di sotto di ogni montante al fine di simulare il contatto del traverso alla struttura di fondazione.

La rigidezza complessiva KSP associata al pannello di controventamento KP e al collegamento chiodato KSH può essere ricavata secondo le formulazioni seguenti:

dove nbs è il numero dei lati controventati (1 o 2) della parete, kc è la rigidezza del singolo connettore fra pannello e telaio, l è la lunghezza totale della parete, sc è la spaziatura dei connettori lungo i bordi del pannello, h è l’altezza della parete, b la lunghezza di ciascun pannello (solitamente uguale a 1.25 m), tp e Gp sono rispettivamente lo spessore ed il modulo di taglio del pannello controventante.

Effettuata l’analisi e ricavata la sollecitazione tagliante agente su ciascuna parete è possibile svolgere la verifica della parete stessa in relazione alle formulazioni secondo il metodo A di cui al punto 9.2.4.2 dell’Eurocodice 5 per la determinazione della resistenza di una parete portante intelaiata in funzione della resistenza di ciascun connettore e della relativa spaziatura.

Ulteriori riferimenti possono essere trovati all’interno delle seguenti pubblicazioni:

• Casagrande, D., Rossi, S., Sartori, T., Tomasi, R., Proposal of an analytical procedure and a simplified numerical model for elastic response of single-storey timber shear-walls (2016) Construction and Building Materials, Part 2 102, pp. 1101-1112. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.12.114
• Casagrande, D., Rossi, S., Sartori, T., Tomasi, R. Analytical and numerical analysis of timber framed shear walls (2012) World Conference on Timber Engineering 2012, WCTE 2012, 5, pp. 497-503. ISBN: 978-162276305.
• Rossi, S., Casagrande, D., Tomasi, R., Piazza, M. Seismic elastic analysis of light timber-frame multi-storey buildings: Proposal of an iterative approach (2016) Construction and Building Materials, Part 2 102, pp. 1154-1167. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.09.037
• Peng, C., El Damatty, A.A., Musa, A., Hamada, A. Simplified numerical approach for the lateral load analysis of light-frame wood shear wall structures (2020) Engineering Structures219,110921