Vi è mai capitato di entrare in uno stadio, in un centro espositivo o in un aeroporto e di chiedervi come siano riusciti a creare spazi così vasti e aperti, senza colonne interne? Come riescono ad accogliere migliaia di persone mantenendo la flessibilità? Cosa rende questi spazi così funzionali e al tempo stesso visivamente accattivanti? Le strutture a campata lunga rendono tutto questo possibile, ma come funzionano e quali sono i reali vantaggi e le sfide? Immergiamoci ed esploriamo come queste meraviglie dell'ingegneria plasmano gli spazi con cui interagiamo ogni giorno.
Sommario
Cosa sono le strutture a lunga campata?
UN struttura a lunga campata In edilizia, si intende qualsiasi edificio o struttura in grado di fornire un'area aperta ininterrotta di oltre 30 metri (100 piedi) senza supporti intermedi o colonne interne. Questa campata, chiamata anche "campata libera", è un concetto di progettazione fondamentale nelle costruzioni moderne. strutture di grande campata come stadi, sale espositive, hangar e magazzini. significato di span in edilizia è la distanza tra due supporti, quindi un struttura a lunga campata crea ambienti più flessibili e aperti, ideali per molti progetti industriali e pubblici.
Pro e contro delle strutture a lunga campata
Il nucleo vantaggi delle strutture a lunga campata includono spazio interno senza ostacoli, layout flessibili e la capacità di supportare applicazioni che richiedono coperture a grande campata senza colonne. Strutture in acciaio a lunga campata garantiscono inoltre durevolezza e la struttura per forme architettoniche impressionanti, rendendo gli edifici di grandi dimensioni sia pratici che iconici. Tuttavia, costruzione a lunga campata di solito richiede un'ingegneria avanzata, costi più elevati e un'attenzione particolare ai dettagli strutturali come la progettazione di travi a lunga campata per il trasferimento del carico e la stabilità.
Vantaggi delle strutture a lunga campata
- L'assenza di colonne interne crea ampi spazi aperti, rendendo l'area flessibile per vari usi, come eventi sportivi, mostre o magazzini.
- Materiali come l'acciaio e il cemento sono resistenti e durevoli, il che significa che l'edificio dura più a lungo e richiede meno manutenzione.
- Le linee di visuale libere nelle arene, negli auditorium e negli spazi per eventi garantiscono una visuale migliore per un vasto pubblico.
- Il design ampio e aperto fa sì che questi edifici risaltino e spesso li trasformano in punti di riferimento.
- Un minor numero di supporti consente di adattare facilmente lo spazio a nuovi usi, come ad esempio la conversione di un impianto sportivo in una sala concerti.
Svantaggi delle strutture a lunga campata
- Materiali speciali e progetti complessi possono aumentare i costi di costruzione.
- La costruzione di grandi campate richiede un'ingegneria avanzata, che può prolungare i tempi di progettazione e costruzione.
- I tetti grandi e le strutture leggere possono essere più vulnerabili alle condizioni meteorologiche estreme e richiedere una protezione aggiuntiva contro venti forti o terremoti.
- L'acciaio e altri materiali necessitano di controlli e cure regolari per prevenire problemi come ruggine o usura.
- Solo pochi materiali, come l'acciaio e il cemento armato, possono sostenere campate lunghe, il che limita la scelta dei materiali.
Applicazioni delle strutture a lunga campata
Strutture a lunga campata E edifici a campata ampia sono ampiamente utilizzati negli stadi sportivi, nei terminal dei trasporti, negli hangar per aerei e nei magazzini industriali. strutture di tetti a lunga campata e gli interni aperti consentono il massimo utilizzo della superficie calpestabile. Per esigenze di lavoro gravoso, travi in acciaio a lunga campata E capriate sono scelte strutturali comuni. Strutture in acciaio a grande campata offrono inoltre chiari vantaggi per i centri logistici industriali, le arene e gli spazi espositivi in cui flessibilità e capacità sono prioritarie.
- Stadi sportivi: Sono necessari ampi spazi aperti per gli spettatori, senza colonne che ostruiscano la visuale.
- Sale espositive: Negli spazi espositivi, flessibilità e ampie superfici sono essenziali per esporre oggetti di grandi dimensioni o accogliere un vasto pubblico.
- Aeroporti e Hangar: In particolare, gli hangar per aerei necessitano di ampi spazi per ospitare gli aerei, il che rende ideali le strutture a lunga campata.
- Edifici industriali:Alcune fabbriche o magazzini utilizzano progetti a campata lunga per consentire l'uso di macchinari di grandi dimensioni o di grandi quantità di stoccaggio senza interferire con il flusso di lavoro.
5 esempi iconici di strutture a lunga campata in tutto il mondo
Ecco cinque iconiche strutture a lunga campata che hanno stabilito nuovi standard nell'architettura e nell'ingegneria:
1. Teatro dell'Opera di Sydney, Sydney
IL Teatro dell'Opera di Sydney È un esempio lampante di architettura a lunga campata, famoso per il design unico del suo tetto. Il tetto è caratterizzato da segmenti di copertura in calcestruzzo prefabbricato, ciascuno con una campata di oltre 15 metri. Questi segmenti in cemento armato rappresentarono un'innovazione rivoluzionaria al momento della sua costruzione (1957-1973), consentendo alla struttura di avere un interno ampio e aperto senza la necessità di pilastri di supporto.
Le ampie campate del tetto offrivano ampi spazi per spettacoli sottostanti, offrendo sia una vista libera che un'acustica eccellente. La Sydney Opera House continua a essere un capolavoro di ingegneria delle grandi campate, dimostrando come le strutture a guscio possano creare spazi spaziosi e privi di colonne, con un impatto visivo straordinario.
2. Stadio nazionale di Pechino (Nido d'uccello), Pechino
IL Stadio nazionale di Pechino, o "Nido d'uccello", è un moderno esempio di struttura in acciaio a lunga campata. Costruito per le Olimpiadi estive del 2008, lo stadio presenta una struttura in acciaio che si estende per oltre 80 metri nel suo punto più largo, senza supporti interni che ostruiscano la zona dei posti a sedere. Le travi in acciaio intrecciate creano un "nido" che sostiene il tetto, coprendo uno spazio di oltre 330 metri senza dover ricorrere a muri portanti o colonne.
Questo design a campata lunga consente a grandi folle di riunirsi in un unico spazio ininterrotto, una caratteristica fondamentale per gli stadi. Il Bird's Nest dimostra come le moderne costruzioni in acciaio possano creare strutture audaci e spaziose, funzionali e visivamente straordinarie.
3. L'O2 Arena, Londra
IL O2 Arena È noto per il suo iconico tetto a campata lunga, che si estende per oltre 100 metri. Il tetto è realizzato in acciaio e tessuto a membrana tensionata, sostenuto da una serie di alberi e cavi. Questo design consente alla struttura di essere leggera ed efficiente, pur coprendo una vasta area senza colonne interne, massimizzando lo spazio utilizzabile all'interno.
Il design del tetto dell'O2 Arena è fondamentale per la sua funzione di struttura polivalente, offrendo una visuale libera per concerti, eventi sportivi e altri grandi raduni. È un esempio di come acciaio e tessuto teso possano interagire per creare una struttura a campata lunga, flessibile e di grande impatto visivo.
4. Heinz Field, Pittsburgh
Campo Heinz a Pittsburgh è un notevole esempio di ingegneria con capriate in acciaio a lunga campata negli stadi sportivi. Lo stadio è caratterizzato da un sistema di copertura a sbalzo supportato da capriate in acciaio, che si estende per circa 50 metri attraverso le aree dei posti a sedere. Questo design elimina la necessità di colonne interne, offrendo ai tifosi una visuale libera sul campo.
Le capriate in acciaio utilizzate per il tetto dell'Heinz Field sono una soluzione comune per gli stadi a lunga campata, offrendo resistenza, efficienza e la capacità di sopportare carichi pesanti come vento e neve. Il design bilancia integrità strutturale e funzionalità, rendendolo ideale per grandi spazi pubblici.
5. Aeroporto Internazionale di Dallas/Fort Worth (DFW), Dallas, Texas
Aeroporto internazionale di Dallas/Fort Worth è un ottimo esempio di progettazione di coperture a lunga campata nelle infrastrutture di trasporto. I tetti dell'aeroporto si estendono fino a 60 metri su più terminal, creando aree spaziose e aperte che migliorano il flusso dei passeggeri e l'esperienza complessiva. I tetti combinano supporti in acciaio (capriate e travi) con solette in cemento, creando ampi spazi terminal senza colonne.
Questo design non solo aumenta l'efficienza, ma migliora anche l'aspetto estetico dell'aeroporto, offrendo una visuale chiara e un senso di apertura in un ambiente affollato e di grandi dimensioni. L'aeroporto DFW dimostra come le strutture a lunga campata possano ottimizzare la funzionalità e l'esperienza utente in strutture pubbliche complesse.
Tipi strutturali di strutture a lunga campata
Esistono diversi tipi di strutture a grande campata basate sull'azione strutturale, tra cui sistemi basati su travi (flessibili) come travi e capriate a grande campata; e sistemi funicolari come archi, cupole e soluzioni con cavi o membrane tensionate. Per le strutture in acciaio a grande campata, sono comuni progetti ibridi come i compositi acciaio-calcestruzzo. La scelta del tipo di struttura a grande campata dipende dall'applicazione, dalla campata richiesta e dall'effetto architettonico desiderato.
1. Strutture di piegatura
Le strutture flessibili sopportano sia forze di trazione (trazione) che di spinta (compressione). Sono spesso utilizzate in grandi edifici e ponti, dove la struttura deve supportare carichi pesanti su lunghe distanze.
- capriate: Una comune struttura flessibile composta da elementi triangolari. Sono ideali per grandi campate, spesso presenti su tetti e ponti. Le capriate in acciaio possono raggiungere una campata di 190 metri (623 piedi), il che le rende ideali per stadi o grandi padiglioni espositivi.
- Travi a piastra: Si tratta di travi spesse realizzate saldando lamiere d'acciaio. Possono raggiungere una lunghezza di 60 metri e vengono utilizzate per ponti o grandi coperture. Tuttavia, non sono materiali efficienti come le capriate.
- Griglie bidirezionali: Distribuiscono i carichi in entrambe le direzioni su una superficie, formando una griglia. Sono ideali per coprire grandi aree, come aeroporti o padiglioni fieristici, e possono estendersi fino a 91 metri (300 piedi).
- Tralicci spaziali: Si tratta di capriate 3D che supportano campate molto ampie (fino a 190 metri/623 piedi). Sono spesso utilizzate in tetti di grandi dimensioni o ponti a lunga campata.
2. Strutture funicolari
Le strutture funicolari sopportano solo forze di tensione (trazione) o di compressione (spinta), il che le rende efficienti per campate molto grandi con un utilizzo minimo di materiale.
- Archi parabolici: Questi archi distribuiscono le forze di compressione in modo uniforme, rendendoli ideali per ponti e tetti a lunga campata. Spesso vengono combinati con acciaio o calcestruzzo per una maggiore resistenza.
- Strutture a cupola: Le cupole sono strutture a compressione, efficaci per creare ampi spazi aperti. Le cupole in acciaio più grandi possono avere una campata di oltre 200 metri (669 piedi), e sono spesso utilizzate in stadi ed edifici pubblici.
- Sistemi di cavi di tensione: Utilizzano cavi d'acciaio tesi su una campata. Sono leggeri e possono supportare grandi distanze (fino a 72 metri/236 piedi). I sistemi a cavi di tensione sono comuni negli stadi sportivi e nei padiglioni fieristici.
- Tetti delle ruote delle biciclette: Un sistema basato sulla tensione in cui i cavi formano una struttura a forma di ruota. Sono leggeri e resistenti, spesso utilizzati in strutture temporanee o in luoghi che richiedono una facile costruzione.
- Sistemi a membrana di tensione: Utilizzano tessuti tesi su cavi, creando una struttura flessibile e leggera. Sono spesso utilizzati per palazzetti dello sport o padiglioni.
3. Sistemi ibridi
Alcune moderne strutture a lunga campata combinano elementi sia flessionali che funicolari per ottenere le migliori prestazioni e un aspetto estetico ottimale.
- Tetti compositi: Combinano capriate in acciaio con cavi tesi o membrane in tessuto per creare tetti leggeri e resistenti. Sono ideali per spazi senza colonne.
- Combinazioni di acciaio e calcestruzzo: In alcuni edifici, il calcestruzzo viene utilizzato per gli elementi di compressione (come gli archi), mentre l'acciaio gestisce la tensione (come cavi o capriate). Questa combinazione migliora la resistenza e riduce i costi.
Tetti a campata lunga: progettazione, tipologie ed esempi famosi
Tipi di tetto a campata lunga I sistemi includono tetti a capriate in acciaio, tetti a struttura spaziale, tetti a membrana tesa e sostenuti da cavi. Queste soluzioni sono spesso richieste per edifici a lunga campata come aeroporti, stadi e strutture in acciaio a grande campata. Famosi tetti a campata lunga—come il Nido d'Uccello a Pechino o la cupola retrattile a Singapore—dimostrano le possibilità ingegneristiche per costruzione in acciaio a lunga campata e ispirare nuove innovazioni in ogni struttura del tetto a lunga campata.
Perché i tetti a campata lunga sono importanti
I tetti a campata lunga svolgono un ruolo cruciale nelle grandi strutture in quanto forniscono:
- Spazi aperti ininterrotti – Essenziale per massimizzare l’efficienza dello spazio in arene sportive, aeroporti ed edifici industriali.
- Innovazione strutturale – I progressi nei materiali e nell’ingegneria consentono di realizzare tetti con una copertura di oltre 300 metri senza supporti interni.
- Impatto architettonico – Molti edifici iconici presentano caratteristici tetti a campata lunga, come lo Stadio Nazionale di Pechino.
Uno dei tetti a campata libera più grandi del mondo è il Centro di intrattenimento Khan Shatyr in Kazakistan, con una lunghezza di 150 metri e una struttura a membrana tesa.
Tipi di tetti a campata lunga
I tetti a campata lunga variano in base al sistema strutturale, all'efficienza dei materiali e ai requisiti di progettazione. Di seguito sono riportate le tipologie più comuni:
Tetti a capriate in acciaio
- Ideale per: stadi, magazzini, hangar per aerei
- Campata massima: 100 – 190 metri
- Caratteristiche: Utilizza unità triangolari in acciaio interconnesse per distribuire in modo efficiente i carichi.
- Esempio: Heinz Field, Pittsburgh – Presenta un tetto a capriate in acciaio a sbalzo, eliminando la necessità di supporti interni.
Tetti a telaio spaziale
- Ideale per: Padiglioni espositivi, centri congressi, stazioni ferroviarie
- Portata massima: 100 – 300 metri
- Caratteristiche: Una griglia tridimensionale in acciaio che garantisce resistenza ed efficienza dei materiali.
- Esempio: Aeroporto Internazionale King Abdulaziz, Arabia Saudita: utilizza un sistema a struttura spaziale su larga scala per la copertura del terminal.
Tetti a membrana tesa
- Ideale per: arene, anfiteatri, padiglioni
- Campata massima: 50 – 150 metri
- Caratteristiche: tetti in tessuto leggeri e flessibili sostenuti da cavi, che offrono convenienza e rapidità di installazione.
- Esempio: O2 Arena, Londra – Presenta un tetto a membrana tesa sostenuto da cavi d'acciaio.
Tetti supportati da cavi
- Ideale per: stadi, nodi di trasporto
- Portata massima: 100 – 200 metri
- Caratteristiche: I cavi in acciaio ad alta resistenza distribuiscono i carichi in modo efficiente, riducendo il peso e migliorando la flessibilità.
- Esempio: Olympiastadion, Monaco di Baviera – Utilizza un tetto in rete di cavi per migliorare l'estetica e le prestazioni strutturali.
Tetti ad arco e a cupola
- Ideale per: stadi sportivi, planetari, edifici pubblici
- Portata massima: 200 – 300 metri
- Caratteristiche: Utilizza forze di compressione per creare strutture altamente stabili e autoportanti.
- Esempio: Stadio Nazionale di Singapore: è dotato del tetto a cupola retrattile più grande del mondo, lungo 312 metri.
Famosi tetti a campata lunga in tutto il mondo
Diversi edifici in tutto il mondo sfoggiano innovativi progetti di tetti a lunga campata:
Stadio nazionale di Pechino (Nido d'uccello, Cina)
- Campata: 330 metri
- Materiale: capriate in acciaio intrecciate
- Caratteristica unica: la complessa struttura in acciaio elimina la necessità di colonne interne.
The O2 Arena (Londra, Regno Unito)
- Apertura alare: 365 metri
- Materiale: Tessuto teso e cavi d'acciaio
- Caratteristica unica: uno dei tetti in tela più grandi del mondo, che ricopre un luogo di intrattenimento multiuso.
Terminal 1 dell'aeroporto internazionale del Kansai (Giappone)
- Campata: 1,7 chilometri (lunghezza del tetto)
- Materiale: acciaio e vetro
- Caratteristica unica: costruita per resistere a terremoti e tifoni, pur mantenendo uno spazio ampio e aperto.
Materiali per strutture a lunga campata
Acciaio è il materiale dominante per costruzione in acciaio a lunga campata grazie al suo elevato rapporto resistenza/peso. Travi in acciaio a lunga campata, travi a piastra e capriate spaziali sono progettate per grandi distanze e carichi pesanti. Alcune strutture di grande campata utilizzare cemento, legno o materiali compositi avanzati, ma strutture in acciaio a lunga campata rimangono i più versatili nelle moderne coperture a grande campata. La scelta del giusto trave a lunga campata il tipo e il materiale sono essenziali per la sicurezza strutturale e l'efficienza dei costi.
- Acciaio: L'acciaio è spesso il materiale preferito per le grandi campate grazie al suo elevato rapporto resistenza/peso. Travi reticolari in acciaio, travi a piastra e sistemi di cavi sono comunemente utilizzati nelle strutture a lunga campata, con l'acciaio in grado di coprire campate fino a 190 metri (623 piedi) in alcuni casi.
- Rivestire di legno: Il legno lamellare incollato (GLAM) viene utilizzato in alcune strutture a lunga campata, soprattutto nelle aree con accesso alle foreste. Viene spesso utilizzato per capriate e strutture di compressione, con campate fino a 45 metri (150 piedi) per le capriate e 93 metri (305 piedi) per le cupole.
- Calcestruzzo: Il calcestruzzo è ideale per strutture funicolari a compressione, come archi e cupole. È meno comune nelle strutture flessibili, ma eccelle nel supportare grandi campate con meno materiale.
- Tessuto e membrana: Le strutture in tessuto tensionato, come quelle utilizzate negli stadi, si basano su materiali leggeri sostenuti da cavi. Possono coprire ampie aree con costi e materiali minimi.
- Composito:A volte, i progettisti combinano materiali come il cemento armato con l'acciaio o il legno con connettori metallici per ottenere il meglio da entrambi i mondi: resistenza, flessibilità e costi inferiori.
Travi in acciaio a lunga campata
Le travi in acciaio a lunga campata aiutano a sostenere strutture di grandi dimensioni senza dover ricorrere a numerose colonne interne. Sono resistenti, durevoli e ampiamente utilizzate in stadi, ponti, edifici industriali e hangar per aeromobili. Queste travi consentono di creare spazi ampi e aperti, rendendo gli edifici più flessibili ed efficienti.
Cosa sono le travi in acciaio a lunga campata?
Travi in acciaio sono supporti orizzontali che trasportano il peso dal tetto O pavimenti sopra. Nelle strutture a lunga campata, queste travi devono essere sufficientemente resistenti da coprire grandi distanze, resistendo al contempo a flessione e torsione. Gli ingegneri le progettano attentamente per bilanciare resistenza, peso e costo.
Le travi in acciaio a lunga campata sono comunemente utilizzate in:
- Magazzini e fabbriche – Creare spazi aperti per lo stoccaggio e i macchinari.
- stadi sportivi – Per mantenere la visuale libera per gli spettatori.
- Ponti – Per coprire grandi distanze sostenendo carichi pesanti.
- Hangar per aerei – Per alloggiare aerei di grandi dimensioni senza supporti interni.
Tipi di travi in acciaio a lunga campata
Vengono utilizzati diversi tipi di travi in base alla lunghezza della campata, ai requisiti di carico e al costo.
- Travi a I e Travi a H
- Apertura alare: 30–50 metri
- Caratteristiche: Robusto ed efficiente, comunemente utilizzato nelle strutture dei tetti e nei grandi edifici.
- Esempio: molti terminal aeroportuali utilizzano travi a H profonde per sostenere i tetti ampi.
- Travi a piastra
- Apertura alare: 50–100 metri
- Caratteristiche: Realizzate saldando insieme piastre di acciaio, consentono campate più lunghe rispetto alle travi normali.
- Esempio: utilizzato nei tetti degli stadi e nei ponti autostradali.
- travi a cassone
- Apertura alare: 80–150 metri
- Caratteristiche: la forma cava, simile a una scatola, li rende resistenti ma leggeri.
- Esempio: spesso presente nei ponti a lunga campata e nei terminal ferroviari.
- Travi reticolari (travi reticolari)
- Portata: oltre 100 metri
- Caratteristiche: Una rete di barre d'acciaio disposte a triangoli, che riduce il peso mantenendo la resistenza.
- Esempio: gli stadi e i padiglioni fieristici spesso utilizzano queste travi per il sostegno del tetto.
Strutture a campata lunga vs. a campata corta
Il confronto principale nel settore edile è tetto a campata lunga vs tetto a campata corta e soluzioni costruttive. Strutture a lunga campata coprire distanze maggiori, ridurre al minimo i supporti interni e creare interni aperti per usi come stadi o magazzini. Al contrario, strutture a campata corta lavorare per uffici, piccoli edifici commerciali e case tradizionali dove campata rappresenta una sfida architettonica minore. La comprensione di questa differenza informa entrambi costruzione a lunga campata strategie e budgeting di progetto.
Strutture a lunga campata
- Campata di oltre 30 metri (100 piedi) o più senza colonne interne.
- Progettato per creare ampi spazi aperti.
- Richiede ingegneria avanzata, materiali specializzati e spesso costi di costruzione più elevati.
- Comunemente utilizzato per stadi sportivi, padiglioni fieristici e hangar per aeromobili.
Strutture a campata corta
- Apertura alare inferiore a 30 metri (100 piedi).
- Può fare affidamento su soluzioni ingegneristiche più semplici e può utilizzare colonne o supporti interni.
- Più conveniente e più facile da costruire.
- Adatto a edifici più piccoli, magazzini e uffici.
In sintesi, la differenza fondamentale è la lunghezza della campata. Le strutture a campata lunga richiedono una progettazione e materiali più complessi per creare spazi più ampi e liberi da ostacoli.
Strutture a campata lunga vs. strutture a campata larga
Sebbene “lunga durata” e “grande campata" sono spesso usati in modo intercambiabile, si riferiscono a diversi aspetti della progettazione strutturale:
Lunga campata
- Si riferisce a strutture che si estendono per oltre 30 metri (100 piedi) senza supporti o colonne interne.
- Si concentra sulla distanza della campata e sulle tecniche ingegneristiche necessarie per creare spazi ampi e ininterrotti.
- Comune in edifici come palazzetti dello sport e centri espositivi.
Grande campata
- Si riferisce a strutture con campate superiori a 100 metri (328 piedi) o più.
- Sottolinea le dimensioni complessive e la scala dello spazio, spesso per scopi industriali o ricreativi di grandi dimensioni.
- Tra gli esempi rientrano i grandi terminal aeroportuali o i principali padiglioni fieristici.
"Lunga campata" si riferisce alla distanza coperta dalla struttura, mentre "ampia campata" si riferisce più alla scala complessiva e alla larghezza della struttura. Tutte le strutture a grande campata sono a lunga campata, ma non tutte le strutture a lunga campata sono a grande campata.
Conclusione
Ecco fatto: strutture a lunga campata.
