2.

Componenti di un edificio

Questi i principali elementi costruttivi di un edificio: 1) le fondamenta (o fondazioni), che sostengono l'edificio dando stabilità; 2) la struttura portante, che sostiene il peso di tutti gli elementi e lo scarica sulle fondamenta; 3) i muri esterni, che in genere fanno parte della struttura portante; 4) le pareti divisorie interne, che generalmente non fanno parte della struttura portante; 5) gli impianti di controllo ambientale, comprendenti il riscaldamento, la ventilazione, il condizionamento d'aria, l'illuminazione e l'isolamento acustico; 6) le strutture e gli impianti di trasporto verticale, che comprendono ascensori, scale mobili e scale di sicurezza; 7) i mezzi di comunicazione, che possono comprendere sottosistemi come citofoni, sistemi di altoparlanti e televisioni a circuito chiuso, nonché i più comuni impianti telefonici; 8) l'impianto elettrico, l'impianto idraulico e l'impianto di smaltimento dei rifiuti.

1.

La struttura portante

La struttura di una casa è costituita da pavimenti e copertura, elementi di sostegno orizzontali, pilastri e muri (elementi verticali), e crociere (elementi diagonali) o rinforzi di irrigidimento, usati per conferire stabilità all’insieme.

1.1.

Edifici da uno a tre piani

Gli edifici di pochi piani possono avere forme molto varie, che si differenziano soprattutto per il tipo di copertura. Nelle costruzioni più basse, oltre alla copertura piana, che conferisce all'edificio la caratteristica forma a parallelepipedo comune negli edifici altissimi, si possono usare coperture a tetto spiovente, a volta o a cupola. Un semplice edificio a un solo piano può essere costituito da una lastra di calcestruzzo armato posata direttamente sul terreno, dai muri portanti esterni in muratura sostenuti dalla lastra stessa (o da lastre di fondazione gettate sotto l'intero perimetro dell'edificio) e dalla copertura. Per gli edifici bassi, l'uso di pilastri interni tra i muri portanti è ancora il metodo di costruzione più comune, ma si possono impiegare anche pilastri disposti a intervalli e sostenuti dalla lastra o da singoli plinti di fondazione; in tal caso i muri esterni possono essere sostenuti dai pilastri stessi.

Nel caso di coperture non molto larghe, per la struttura di sostegno si possono usare travetti in legno, in acciaio o in calcestruzzo. Ciascun materiale viene caratterizzato dal rapporto tra peso e resistenza, dal costo e dalla durevolezza. In generale, maggiore è la larghezza della copertura, più diventa complessa la struttura che la sostiene e più si restringe la scelta del materiale appropriato. In accordo alle dimensioni della copertura si possono quindi usare travetti paralleli (figure 2a e 2b) oppure travetti paralleli sostenuti da travi disposte lungo il lato più lungo. Nelle coperture a tetto spiovente si usano in genere le capriate, strutture triangolari composite capaci di sopportare sforzi di compressione e di tensione. Possono essere profonde meno di 30 cm o più di 9 m; solitamente sono di legno o di acciaio, ma possono anche essere realizzate in calcestruzzo armato.

La struttura di un edificio a un solo piano può anche essere costituita dalle sole ossature dei muri e della copertura collegate fra loro, o costruite come pezzo unico. Le possibili forme strutturali sono quasi infinite e comprendono la struttura a parallelepipedo, o struttura portante trasversale (figura 2c), la tradizionale struttura a pareti verticali e tetto spiovente (figura 2d), la struttura a volta (figura 2e) e quella a cupola.

1.2.

Edifici a più campate e a più piani

Il tipo più comune di struttura portante è di gran lunga quella a scheletro, che consiste essenzialmente negli elementi verticali raffigurati nelle figure 2a, 2b e 2c combinati con un'intelaiatura orizzontale. Negli edifici più alti, l'uso di muri portanti (come nella figura 2a) combinati a elementi che formano l'ossatura orizzontale è stato quasi del tutto abbandonato a favore dei muri non portanti.

La struttura a scheletro il più delle volte consiste in multipli della costruzione illustrata nella figura 2c. Per strutture alte fino a 40 piani si possono usare elementi di calcestruzzo armato e d'acciaio. Gli elementi fondamentali della struttura a scheletro in acciaio sono i pilastri verticali e le travi orizzontali (longitudinali e trasversali) che li uniscono (figura 3a). La struttura viene rinforzata per impedire eventuali deformazioni e i crolli che potrebbero essere causati da vibrazioni o da carichi non uniformi. La stabilità trasversale è data dal collegamento fra le travi e i pilastri, dal sostegno fornito alla struttura dai solai e dalle pareti divisorie e dalle crociere di rinforzo fra pilastri e travi. Il calcestruzzo armato può essere usato nello stesso modo, tranne per il fatto che per garantire la stabilità trasversale invece delle crociere di rinforzo si usano pareti di calcestruzzo poste di taglio.

1.3.

Le unità prefabbricate

Le più moderne tecniche per la costruzione di edifici non molto alti comprendono l'inserimento di unità prefabbricate all'interno della struttura a scheletro, la struttura a piani appesi e la struttura a pila di elementi prefabbricati.

Nella tecnica dell'inserimento si può costruire una solida struttura a scheletro, comprendente servizi generali come scale di sicurezza, ascensori, impianti vari (idraulico, elettrico, di riscaldamento e di condizionamento ecc.), e inserire successivamente, negli spazi tra gli elementi verticali e quelli orizzontali della struttura, unità prefabbricate a forma di parallelepipedo. Eventuali future ristrutturazioni degli interni potranno essere effettuate sostituendo semplicemente l'unità prefabbricata. Nella tecnica a piani appesi (figura 3b) si costruisce un nucleo verticale contenente tutti i servizi, alla cima del quale viene ancorata la solida struttura orizzontale della copertura. Tutti i piani inferiori, eccetto il pianterreno, vengono fissati al nucleo e a robusti cavi pendenti dalla struttura della copertura. Dopo che il nucleo è stato completato, i piani vengono costruiti partendo dall'alto.

L'impilamento (figura 3c) è una tecnica di costruzione in cui unità prefabbricate a forma di parallelepipedo vengono sollevate da gru, sistemate una sull'altra ravvicinate e infine rigidamente collegate fra loro. Per gli edifici di oltre 40 piani l'acciaio si è sempre rivelato il materiale più adatto, benché i progressi fatti ultimamente nella messa a punto di calcestruzzo ultraresistente abbiano reso tale materiale altrettanto interessante.

1.4.

Edifici speciali

Per gli edifici molto alti si devono solitamente adottare soluzioni costruttive più complesse, affinché sia garantita la resistenza ai notevoli carichi trasversali cui sono sottoposti, come quelli dovuti agli effetti del vento o, in talune zone particolari, dei terremoti. Grande successo ha avuto la struttura a scheletro di tubi in acciaio, in cui i pilastri, posti a intervalli ravvicinati e collegati rigidamente alle travi orizzontali lungo il perimetro dell'edificio, sono abbastanza resistenti da sopportare forti carichi e abbastanza rigidi da ridurre al minimo le inflessioni laterali. Il tubo di acciaio si usa anche insieme al calcestruzzo in strutture miste, costituite da elementi portanti in acciaio ricoperti di calcestruzzo armato. L'elevato rapporto fra resistenza e peso dell'acciaio è ottimo per gli elementi di sostegno orizzontali, mentre il calcestruzzo, estremamente resistente e più economico, fornisce quella resistenza alla compressione necessaria negli elementi verticali. Inoltre massa e proprietà di smorzamento interno del calcestruzzo contribuiscono a ridurre al minimo le vibrazioni, un severo problema per gli edifici molto alti.

2.

Pareti divisorie

Le tradizionali pareti divisorie sono realizzate con mattoni forati o con blocchi preformati di calcestruzzo, spessi da 10 a 15 cm; più raramente con pannelli di legno o di lamiera metallica, sui quali viene poi applicato l'intonaco.

3.

Sistemi di comunicazione e impianti elettrici

L'uso sempre più diffuso di apparecchiature elettriche, telefoni, fax, televisori a circuito chiuso, citofoni e impianti antifurto ha fatto aumentare incredibilmente il numero di cavi da installare negli edifici. Generalmente i cavi principali vengono fatti passare attraverso condotti verticali aperti, forniti di diramazioni a ogni piano che viaggiano in condotti situati nel controsoffitto o all'interno del solaio stesso. Con l'aumento del numero degli impianti di controllo ambientale e delle apparecchiature elettriche installate nei moderni edifici, è aumentato anche il consumo di energia elettrica. Per ovviare ai disagi causati da eventuali interruzioni nell'alimentazione, in un numero sempre maggiore di edifici vengono installati generatori di corrente di emergenza.

4.

Trasporto verticale

I moderni ascensori rappresentano la principale forma di trasporto verticale negli edifici a più piani. Per la protezione contro gli incendi, è necessario che ogni spazio importante di un edificio disponga almeno di due vie di uscita. Perciò, oltre agli ascensori e alle scale mobili, tutti gli edifici, anche i più alti, dovrebbero avere due rampe di scale chiuse e protette che raggiungano tutti i piani.