Quanti outrigger collocare lungo l’altezza di una torre superalta, e a quali quote, è una decisione che pesa in modo diretto sulla risposta sismica dei modelli in cui il comportamento è dominato dal nucleo a parete. La ricerca della soluzione migliore urta però contro un limite pratico: se ogni combinazione candidata va verificata con analisi dinamiche non lineari, metodi esaustivi o evolutivi portano a una domanda di calcolo che cresce in modo combinatorio. La procedura di ottimizzazione proposta da Hamid Nikzad e Shinta Yoshitomi su CivilEng percorre una strada diversa, con una strategia di allocazione power-based che mantiene lineare il numero di analisi rispetto alle posizioni candidate e assume come obiettivo la minimizzazione del massimo drift interpiano.
Variabili di ottimizzazione e funzione obiettivo
Il problema è costruito su tre famiglie di variabili: il numero di sistemi outrigger da inserire, la loro collocazione verticale e la rigidezza dei controventi BRB (buckling restrained brace) che li compongono. La funzione obiettivo è unica: minimizzare la risposta massima del drift interpiano. Il riferimento è un modello benchmark dominato dal core wall, per il quale si individua la configurazione capace di migliorare la prestazione sismica complessiva.
Nove zone e cinque livelli per zona: lo spazio di progetto
La validazione si basa su un modello numerico suddiviso in nove zone lungo l’altezza, analizzato con analisi time-history non lineari implementate in MATLAB R2025.a (25.1.0.2943329). Gli outrigger possono essere installati tra la zona 2 e la zona 9, e ogni zona ammissibile offre cinque livelli potenziali, ciascuno posto 150 mm sopra la quota di impalcato. Dall’incrocio tra zone e livelli derivano 40 scenari potenziali di posizionamento. A questi si aggiungono vincoli di quantità: il numero complessivo di outrigger è compreso tra uno e otto, con al massimo un elemento per zona.
| Parametro | Valore |
|---|---|
| Zone del modello | 9 |
| Zone ammissibili per gli outrigger | da 2 a 9 |
| Livelli candidati per zona | 5 |
| Quota dei livelli | 150 mm sopra l’impalcato |
| Scenari di posizionamento | 40 |
| Numero complessivo di outrigger | da 1 a 8 |
| Outrigger per zona | al massimo 1 |
Allocazione incrementale della rigidezza dei BRB
Le configurazioni ottimali del sistema outrigger con BRB vengono individuate distribuendo in modo incrementale la rigidezza dei controventi nelle zone di connessione tra colonna perimetrale e outrigger, secondo una strategia power-based. Il procedimento tiene così insieme le due decisioni che definiscono l’assetto della soluzione: dove collocare i livelli e quanta rigidezza affidare ai bracci in ciascuna configurazione esaminata. A ogni passo dell’algoritmo le due variabili evolvono along lo stesso iter, senza richiedere trattazioni separate.
Un costo di calcolo che cresce in modo lineare
Il nodo del metodo sta nel modo in cui vengono generate le analisi. A ogni passo di ottimizzazione la procedura valuta una sola configurazione candidata per piano ammissibile e per livello di outrigger, così il numero di analisi time-history non lineari cresce in modo lineare rispetto alle posizioni candidate. Il confronto con l’approccio esaustivo o con i metodi evolutivi, nei quali la richiesta di calcolo cresce in modo combinatorio, restituisce una riduzione significativa dello sforzo computazionale complessivo.
Il lavoro, Optimal Outrigger Placement with BRB for Improved Seismic Performance in Super-Tall Buildings, è pubblicato su CivilEng, Vol. 7, pagine 23, ed è consultabile al doi 10.3390/civileng7020023. Per chi si misura con la progettazione delle torri alte, il contributo mostra come l’impostazione dell’algoritmo di ricerca incida sul bilancio di calcolo quando il motore di verifica è un’analisi dinamica non lineare.