Fabrizio Ascione, Francesco Esposito, Giacomo Iovane, Diana Faiella, Beatrice Faggiano, Elena Mele
Dipartimento di Strutture per l’Ingegneria e l’Architettura, Università di Napoli Federico II, Napoli, Italia.
Questo lavoro di ricerca nasce con lo scopo di identificare il sistema strutturale più sostenibile ed efficiente perincrementare l’altezza di edifici con struttura portante lignea considerando anche eventuali alternative ibride acciaio-legno. Inizialmente si analizza brevemente l’evoluzione storica degli edifici alti al fine di comprendere perché oggi giorno gli edifici alti in legno si stanno diffondendo e quali sono le soluzioni strutturali maggiormente utilizzate. Adottando come caso studio l’attuale edificio in legno più alto al mondo si realizza un modello strutturale e lo si valida in base ai risultati a disposizione. Si testano sette differenti sistemi strutturali alternativi, variando il sistema resistente alle azioni orizzontali e conservando le stesse sezioni dell’edificio di partenza. Le varianti sono studiate e confrontate tra loro in termini di consumo di materiale, periodi fondamentali di vibrazione e risposta alle azioni da vento. Utilizzando i sistemi più performanti si incrementa l’altezza dell’edificio fin dove possibile spingendo le strutture al limite ed individuando la soluzione più efficiente. Nel fare ciò, al fine di preservare le sezioni delle colonne e bilanciare l’incremento dei carichiverticali dovuti all’aggiunta di piani, si sostituiscono i solai in calcestruzzo armato con solai in legno. Con la stessa soluzione strutturale, si definiscono due soluzioni ibride acciaio-legno al fine di confrontarle in termini di sostenibilità con la soluzione completamente in legno e con il progetto originale. I risultati delle analisi mostrano come l’adozione di elementi in acciaio combinati con elementi in legno conduca a soluzioni ottimizzate e sostenibili.
1 INTRODUZIONE
Negli ultimi decenni i livelli di carbonio in atmosfera e le temperature globali sono costantemente in aumento. Il pianeta è più caldo di 1 °C rispetto all’era pre-industriale e il valore di 1,5 ºC è universalmente considerato come un punto di non ritorno [1]. Con il continuo aumento delle temperature globali dovuto al rilascio di anidride carbonica nell’atmosfera da parte dell’uomo, il clima della terra sta cambiando, cometestimoniato dal verificarsi di frequenti eventi meteorologici estremi [2]. Secondo l’accordo di Parigi del 2015, l’aumento delle temperature globali deve essere assolutamente mantenuto al di sotto dei 2 °C, con uno sforzo aggiuntivo necessario a limitarlo ad 1,5 °C sopra il livello pre-industriale. Per raggiungere questo obiettivo le emissioni dovrebbero essere ridotte del 45% entro il 2030 e azzerarsi entro il 2050. Considerando che quasi il 40% delle emissioni globali legate all’energia è dovuto agli edifici e al settore delle costruzioni [3], è evidente che una progettazione orientata alla sostenibilità potrebbe avere un notevole impatto positivo [1]. Un altro fenomeno da considerare è l’aumento della popolazione mondiale che sceglie di vivere nelle città. Le NazioniUnite stimano che entro il 2050 la popolazione urbana aumenterà di 2.5 miliardi di persone, circa 220 mila persone al giorno [4,5]. Le città esistenti si svilupperanno come mega città, raggiungendo una popolazione di circa 30-50 milioni di persone. Da ciò scaturirà la necessità di realizzare ulteriori edifici per ottenere gli spazi abitativi necessari: si stima che nei prossimi 40 anni verranno costruiti 230 miliardi di metri quadrati di nuove costruzioni, aggiungendo l’equivalente della città di Parigi al pianeta ogni singola settimana [6]. Per guidare le città verso una crescita sostenibile è necessario contenere il consumo di suolo, formalmente imposto in Europa come “zero net land take” entro il 2050 come obiettivo esplicito nella “Roadmap to a resource efficient Europe” [7] e nel documento “The Future Brief: No net land take by 2050?” [8]. Recentemente, gli edifici alti sono proposti per bilanciare le esigenze conflittuali di sviluppo urbano e consumo di suolo limitato [4,9,10], grazie al massimo sfruttamento del suolo, apparendo dunque come una soluzione ragionevole, seppur la loro sostenibilità come tipologia costruttiva sia ampiamente discutibile a causa dell’elevata impronta di carbonio incorporato (computata su base unitaria). Come già detto, una maggiore sostenibilità può essere ottenuta migliorando la progettazione: in questa prospettiva l’utilizzo del legno come materiale strutturale potrebbe essere strategico, grazie all’intrinseca sostenibilità del legno. […]
Leggi l’articolo completo su Costruzioni Metalliche n. 4/2024.