Le costruzioni in legno multipiano rappresentano il cambiamento più significativo nella pratica dell’ingegneria strutturale dall’introduzione del cemento armato. Dopo un secolo di relegazione agli edifici domestici bassi, il legno sta rivendicando la sua posizione di materiale strutturale primario per gli edifici urbani, spinto dagli imperativi di riduzione del carbonio, dai vantaggi della prefabbricazione e da un crescente corpus di conoscenze ingegneristiche che dimostrano che il legno può raggiungere in modo sicuro ed efficiente altezze precedentemente riservate al cemento e all’acciaio.
Questa guida esamina i sistemi strutturali, le sfide progettuali, il quadro normativo e le prestazioni reali degli edifici in legno a più piani, fornendo ad architetti e ingegneri le basi tecniche per specificare il legname in altezza.
Il caso del legname in quota
Imperativo del carbonio
L’ambiente edificato rappresenta circa il 40% delle emissioni globali di carbonio, con i materiali strutturali (cemento, acciaio) responsabili di una percentuale significativa del carbonio incorporato. Offerte in legno multipiano:
- Stoccaggio del carbonio biogenico: 1 m³ di CLT immagazzina circa 700–800 kg di CO₂e
- Bassa energia di lavorazione: la produzione del legno richiede 2–5 volte meno energia rispetto all'acciaio o al cemento
- Effetto sostituzione: ogni m³ di legno in sostituzione del calcestruzzo evita 0,8–1,2 tonnellate di CO₂e
- Opzioni di fine vita: riutilizzo, riciclaggio o recupero energetico
Un tipico edificio in CLT di 8 piani immagazzina nella sua struttura 1.500-2.500 tonnellate di CO₂, equivalenti alla rimozione di 500-800 auto dalla strada per un anno. Per una contabilizzazione dettagliata del carbonio, vedere carbonio incorporato nel legno e net zero wooden Buildings.
Velocità di costruzione
La costruzione a più piani in legno è notevolmente più veloce di quella in cemento:
| Fase | Telaio in cemento | Legno (CLT/lamellare) | Risparmio di tempo |
|---|---|---|---|
| Sottostruttura | 6–8 settimane | 4–6 settimane (più leggero) | 25% |
| Sovrastruttura (per piano) | 7–10 giorni | 3–5 giorni | 50–60% |
| Programma totale (8 piani) | 14–18 mesi | 10–13 mesi | 25–30% |
| Lavoro nel sito | 100% sul posto | 60–70% fuori sede | 30–40% |
Il vantaggio in termini di velocità deriva dalla prefabbricazione: i pannelli CLT e i telai in legno lamellare arrivano in cantiere già tagliati, preforati e pronti per il montaggio. Un tipico solaio può essere montato in 2-3 giorni con un piccolo equipaggio e una sola gru.
Vantaggio di peso
| Tipologia Struttura | Peso tipico (kN/m² per piano) | Relativo |
|---|---|---|
| Soletta piana in cemento armato | 12–15 | 1,0× |
| Telaio in acciaio + coperta in composito | 8–10 | 0,7× |
| Solai in XLAM + struttura in legno lamellare | 5–7 | 0,4× |
| Struttura in legno + solai in legno | 3–5 | 0,3× |
La riduzione del peso del 40–60% si traduce direttamente in fondazioni più piccole, materiale ridotto nella sottostruttura e capacità di costruire su siti con capacità portante limitata.
Sistemi strutturali
Sistema 1: Costruzione della piattaforma CLT
Principio: i pannelli portanti delle pareti in CLT sostengono i pannelli del pavimento in CLT, impilati piano per piano in una disposizione a piattaforma.
Intervallo di altezza: 3-10 piani (limitato dalla compressione cumulativa nelle pareti inferiori e dalla stabilità laterale)
Vantaggi:
- Costruzione semplice e ripetitiva
- Tutti gli elementi sono planari: facili da produrre e trasportare
- Buona separazione acustica (massa di CLT)
- Resistenza intrinseca al fuoco (comportamento alla carbonizzazione)
- Nessun collegamento in acciaio a vista
Limitazioni:
- Flessibilità planimetrica limitata (i muri portanti vincolano il layout)
- La compressione cumulativa richiede pareti spesse ai livelli inferiori
- Rigidità laterale limitata dalle connessioni da pannello a pannello
- Movimento verticale (compressione perpendicolare alle venature nelle giunzioni pavimento-parete)
Specifiche tipiche:
- Pareti: X-LAM da 100–200 mm (3 o 5 strati)
- Solai: X-LAM da 140–240 mm (5 o 7 strati)
- Connessioni: viti autofilettanti, squadrette angolari, holddown
Sistema 2: montante e trave con nuclei in CLT
Principio: colonne e travi in legno lamellare costituiscono il telaio principale, con pareti di taglio in XLAM che forniscono stabilità laterale. I solai possono essere pannelli X-LAM, compositi legno-cemento o altri sistemi.
Intervallo di altezza: 5–15 piani
Vantaggi:
- Planimetrie aperte (colonne con griglia di 4–8 m)
- Espressione architettonica del telaio
- I nuclei in CLT forniscono rigidità e compartimentazione antincendio
- Utilizzo efficiente dei materiali (legno lamellare a flessione, XLAM a taglio)
Limitazioni:
- Collegamenti più complessi rispetto alla costruzione della piattaforma
- Richiede un attento coordinamento delle tolleranze
- I collegamenti colonna-trave possono richiedere componenti in acciaio
- La protezione antincendio dei collegamenti richiede attenzione
Specifiche tipiche:
- Colonne: legno lamellare da GL28h a GL32h, da 240 × 240 mm a 400 × 400 mm
- Travi: legno lamellare da GL24h a GL28h, da 200 × 400 mm a 240 × 600 mm
- Solai: X-LAM da 160–200 mm o composito legno-cemento
- Anima: pannelli CLT da 120–200 mm con collegamenti angolari in acciaio
Sistema 3: ibrido legno-calcestruzzo
Principio: Il nucleo(i) in calcestruzzo fornisce stabilità laterale e servizi/scale della casa, mentre le colonne in legno e le piastre del pavimento formano lo spazio occupato.
Intervallo di altezza: 8–25 piani
Vantaggi:
- Il nucleo in cemento fornisce un comprovato sistema di stabilità laterale
- Le piastre del pavimento in legno riducono il peso e il carbonio
- Approccio progettuale familiare per gli ingegneri strutturali
- Strategia antincendio semplificata (nucleo in cemento per la fuga)
- Separazione acustica alle pareti centrali
Limitazioni:
- Richiede due operazioni strutturali (cemento + legname)
- I dettagli dell'interfaccia tra calcestruzzo e legno sono fondamentali
- Vantaggio del programma ridotto dalla costruzione del nucleo in cemento
- Non una soluzione "puro legno" (narrativa di marketing/sostenibilità)
Specifiche tipiche:
- Nucleo: cemento armato, pareti da 200–300 mm
- Colonne: legno lamellare GL28h–GL32h, da 300 × 300 mm a 500 × 500 mm
- Solai: pannelli X-LAM 160–240 mm o compositi legno-cemento
- Connessioni: staffe in acciaio gettate nel calcestruzzo, imbullonate al legno lamellare
Sistema 4: ibrido legno-acciaio
Principio: i telai momento in acciaio o i telai controventati forniscono stabilità laterale, mentre colonne, travi e piastre di pavimento in legno sopportano i carichi gravitazionali.
Intervallo di altezza: 5–12 piani
Vantaggi:
- L'acciaio fornisce un'elevata rigidità laterale in uno spazio minimo
- Il legname sostiene la maggior parte del carico gravitazionale (vantaggio del carbonio)
- Dettagli di connessione familiari per gli elementi in acciaio
- Accordi di piano flessibili
Limitazioni:
- Gli elementi in acciaio aumentano il carbonio incorporato
- Ponti termici alle interfacce acciaio-legno
- Protezione antincendio richiesta per gli elementi in acciaio
- Approvvigionamento e coordinamento di materiali misti
Sfide di progettazione
Movimento verticale
Gli edifici multipiano in legno subiscono un accorciamento verticale dovuto a:
- Compressione elastica: accorciamento immediato sotto carico (prevedibile, calcolabile)
- Creep: deformazione a lungo termine sotto carico sostenuto (30–60% di elasticità per il legno)
- Ritiro: perdita di umidità dopo la posa (0,1–0,3% per X-LAM, maggiore per legno massiccio)
- Compressione perpendicolare alle venature: nelle giunzioni pavimento-parete nella costruzione di piattaforme
| Fonte | Movimento tipico per piano | Cumulativo di 8 piani |
|---|---|---|
| Compressione elastica | 0,5–1,0 mm | 4–8mm |
| Creep (30 anni) | 0,3–0,6 mm | 2,4–4,8 mm |
| Restringimento | 0,5–2,0 mm | 4-16mm |
| Totale | 1,3–3,6mm | 10–29mm |
Questo movimento deve essere adattato a:
- Collegamenti di servizio (giunti flessibili nei montanti)
- Attacchi per facciate (fissaggi asolati)
- Interfaccia con elementi rigidi (nuclei di calcestruzzo, vani ascensore)
- Tolleranze di altezza da pavimento a pavimento
Stabilità laterale
Il carico del vento sugli edifici in legno a più piani crea sfide a causa della rigidità relativamente bassa del legno:
| Altezza dell'edificio | Limite di deriva laterale | Rigidità richiesta | Soluzione tipica |
|---|---|---|---|
| 3–5 piani | H/500 | Moderato | Pareti di taglio in XLAM |
| 5–8 piani | H/500 | Alto | Anima in XLAM + pareti di taglio |
| 8-12 piani | H/500 | Molto alto | Nucleo in calcestruzzo o rinforzo in acciaio |
| 12+ piani | H/500 | Estremo | Nucleo di cemento essenziale |
Il limite di esercizio (deriva laterale) tipicamente governa prima dello stato limite ultimo (resistenza), il che significa che l'edificio si sente a disagio nel vento prima che sia strutturalmente pericoloso.
Crollo sproporzionato
Gli edifici superiori a 4 piani (o che soddisfano altri criteri) devono essere progettati per resistere a un collasso sproporzionato, ovvero al cedimento progressivo della struttura a seguito di un danno localizzato. Le strategie per il legname includono:
- Forze di vincolo: tiranti orizzontali continui a ciascun livello del pavimento che collegano tutti gli elementi
- Percorsi di carico alternativi: ridondanza che consente la ridistribuzione del carico se un elemento viene rimosso
- Design degli elementi chiave: elementi critici progettati per carichi accidentali (34 kN/m²)
- Compartimentazione: limitazione dell'entità del crollo ad un'area definita
La struttura della piattaforma in CLT garantisce intrinsecamente una buona robustezza grazie ai diaframmi continui del pavimento e ai molteplici percorsi di carico nei pannelli delle pareti.
Ingegneria antincendio
Quadro normativo
| Paese | Piani massimi in legno (2026) | Requisiti dell'irrigatore | Note |
|---|---|---|---|
| Regno Unito | Nessun limite prescrittivo (ingegnerizzato) | Oltre 11 m | Revisione post-Grenfell in corso |
| Germania | 7 piani (standard), superiore con approvazione | Caso per caso | MBO 2023 consente al legno di grattacielo |
| Svezia | Nessun limite (basato sulle prestazioni) | Oltre 8 piani | Lunga tradizione delle costruzioni in legno |
| Austria | 6+ piani (con ingegneria antincendio) | Oltre 6 piani | Regolamenti progressivi |
| Francia | 8 piani (standard) | Oltre 8 piani | RE2020 promuove il legname |
| Paesi Bassi | Nessun limite prescrittivo | Basato sulle prestazioni | Approccio normativo flessibile |
Strategia di incapsulamento
Per gli edifici superiori a 4-6 piani, in genere è richiesto l'incapsulamento totale o parziale del legno:
Incapsulamento completo (K260 secondo EN 13501-2):
- 2 strati di cartongesso ignifugo da 15 mm (Tipo F)
- Tutte le superfici in legno protette
- Il legname non contribuisce al carico di incendio
- Percorso di approvazione più semplice
Incapsulamento parziale:
- Superfici in legno selezionate esposte (tipicamente soffitti)
- Il legno esposto ha uno strato sacrificale aggiuntivo (25–40 mm)
- È richiesto un calcolo dettagliato di ingegneria antincendio
- Bilancia l'estetica con la sicurezza antincendio
Progetto di carbonizzazione per multipiano
Gli elementi in legno massiccio (CLT, legno lamellare) si carbonizzano a tassi prevedibili:
| Elemento | Velocità di carbonizzazione (mm/min) | Profondità carattere 60 minuti | Profondità carattere 90 minuti |
|---|---|---|---|
| XLAM (strato frontale) | 0,65 | 39mm | 58,5mm |
| XLAM (dopo delaminazione) | 1.30 | Variabile | Variabile |
| Lamellare | 0,65 | 39mm | 58,5mm |
| Legno tenero massiccio | 0,65 | 39mm | 58,5mm |
| Legno massiccio (rovere) | 0,55 | 33mm | 49,5 mm |
La delaminazione del CLT è una considerazione critica: quando lo strato carbonizzato raggiunge una linea di colla, lo strato carbonizzato potrebbe cadere, esponendo il legname fresco al fuoco con un tasso di carbonizzazione maggiore. Ciò deve essere tenuto in considerazione nella progettazione antincendio utilizzando l'approccio della EN 1995-1-2 Allegato C o i dati di prova specifici del produttore.
Progettazione acustica
Requisiti prestazionali
| Regolamento | In volo (DnT,w) | Impatto (L'nT,w) |
|---|---|---|
| Regolamenti edilizi del Regno Unito, parte E | ≥ 45dB | ≤ 62dB |
| Regno Unito — consigliato | ≥ 50dB | ≤ 56dB |
| Germania (DIN 4109) | ≥ 54dB | ≤ 53dB |
| Scandinavia (Classe C) | ≥ 55dB | ≤ 53dB |
Ricostruzione del pavimento per prestazioni acustiche
Un tipico solaio in X-LAM ad alte prestazioni che raggiunge DnT,w ≥ 55 dB e L'nT,w ≤ 50 dB:
| Strato | Spessore | Funzione |
|---|---|---|
| Finitura del pavimento (legno/vinile) | 10–15mm | Superficie di usura |
| Massetto cementizio | 50–65mm | Addizione di massa |
| Strato resiliente (lana minerale) | 20–30mm | Isolamento dalle vibrazioni |
| Pannello pavimento in X-LAM | 160–200mm | Struttura + massa |
| Cavità d'aria | 50-100mm | Disaccoppiamento |
| Canale resiliente + cartongesso | 50–65mm | Soffitto indipendente |
Accumulo totale: 340–475 mm dal pavimento al soffitto
Questa profondità deve essere contenuta nell'altezza da pavimento a pavimento, che in genere è di 3,0–3,3 m per pannelli in legno multipiano (rispetto a 2,8–3,0 m per solai piani in cemento).
Casi di studio
Mjøstårnet, Brumunddal, Norvegia (2019)
| Parametro | Valore |
|---|---|
| Altezza | 85,4 m (18 piani) |
| Sistema | Struttura in legno lamellare + solai in XLAM |
| Stabilità laterale | Sistema di capriate in legno lamellare in facciata |
| Superficie | 11.300 mq |
| Volume di legname | 2.600 m³ |
| Carbonio immagazzinato | ~1.800 tonnellate di CO₂ |
Caratteristiche ingegneristiche principali:
- Colonne in legno lamellare fino a 625×625 mm alla base
- Lastre di cemento ai piani superiori per prestazioni dinamiche (smorzamento di massa)
- Il rinforzo diagonale in legno lamellare della facciata garantisce stabilità laterale
- Tutte le connessioni nascoste all'interno degli elementi in legno
Dalston Works, Londra, Regno Unito (2017)
| Parametro | Valore |
|---|---|
| Altezza | 33,8 m (10 piani) |
| Sistema | Costruzione di piattaforme in XLAM |
| Stabilità laterale | Pareti di taglio in XLAM + nucleo |
| Superficie | 4.643 mq |
| Volume di legname | 1.200 m³ |
| Velocità di costruzione | 1 piano ogni 5 giorni |
Caratteristiche ingegneristiche principali:
- Al termine del completamento l'edificio in CLT più alto del Regno Unito
- Costruzione della piattaforma con pareti in CLT da 120–160 mm
- Pannelli del pavimento in X-LAM da 200 mm
- Strategia antincendio di incapsulamento completo
- Prestazioni acustiche superiori alla Parte E di 5–8 dB
HoHo Wien, Vienna, Austria (2019)
| Parametro | Valore |
|---|---|
| Altezza | 84 m (24 piani) |
| Sistema | Nucleo ibrido in cemento + legno |
| Stabilità laterale | Nucleo in cemento |
| Superficie | 25.000 mq |
| Volume di legname | 4.600 m³ |
| Carbonio immagazzinato | ~3.200 tonnellate di CO₂ |
Caratteristiche ingegneristiche principali:
- Nucleo in cemento con solai compositi in legno-cemento
- Colonne e travi in legno lamellare per telaio a gravità
- Elementi prefabbricati di facciata con struttura in legno integrata
- Uso misto (hotel, uffici, residenziale, vendita al dettaglio)
Approvvigionamenti e programma
Requisiti del team di progettazione
I progetti in legno a più piani richiedono competenze specialistiche:
- Ingegnere strutturale: esperto nella progettazione in legno fino a EC5, familiarità con la progettazione dei collegamenti e l'ingegneria antincendio
- Ingegnere antincendio: essenziale per gli edifici sopra i 4 piani, strategia antincendio basata sulle prestazioni
- Consulente acustico: coinvolgimento iniziale per definire la struttura del pavimento e i dettagli delle giunzioni
- Appaltatore di legname: produttore specializzato con capacità CNC ed esperienza di montaggio
- Controllo dell'edificio: impegno precoce per concordare la strategia antincendio e l'approccio strutturale
Considerazioni sul programma
| Fase | Durata (8 piani, 2000 m² di piano) | Note |
|---|---|---|
| Sviluppo del design | 12–16 settimane | Compreso il contributo specialistico |
| Disegni di fabbricazione | 8–12 settimane | Disegni di produzione pronti per CNC |
| Approvvigionamento legname | 8–16 settimane | Vedi tempi di consegna del legname |
| Fabbricazione in fabbrica | 6–10 settimane | Taglio CNC, preassemblaggio |
| Costruzione del sito (sovrastruttura) | 8–12 settimane | 3–5 giorni per piano |
| Allestimenti e servizi | 16–24 settimane | Programma standard |
Programma totale dal congelamento della progettazione al completamento: 12–18 mesi (rispetto ai 16–24 mesi per il telaio in cemento).
Catena di fornitura
La filiera multipiano del legno in Europa sta maturando rapidamente:
- Produttori CLT: oltre 15 grandi produttori in Austria, Germania, Scandinavia e Regno Unito
- Produttori di legno lamellare: rete capillare in tutto il Nord Europa
- Appaltatori specializzati: numero crescente di aziende con esperienza nel settore del legname d'alto fusto
- Fornitori di connessione: sistemi proprietari di più produttori
Per indicazioni sull'approvvigionamento, vedere tempi di consegna del legname in Europa e acquistare legname strutturale in grandi quantità.
Panorama normativo
Il contesto normativo per il legno multipiano si sta evolvendo rapidamente in tutta Europa, guidato da:
- Obiettivi di riduzione del carbonio: i governi riconoscono il ruolo del legno nella decarbonizzazione dell’edilizia
- Ricerca sugli incendi: crescente base di prove per la prestazione in caso di incendio di massa del legname
- Lobbying industriale: l'industria del legno sostiene normative neutre rispetto ai materiali
- Progetti dimostrativi: edifici alti in legno di successo che dimostrano il concetto
Principali sviluppi normativi:
- Regno Unito: nessun limite prescrittivo di altezza per il legname, ma il controllo post-Grenfell richiede una solida ingegneria antincendio
- Germania: la revisione del Model Building Code (MBO) del 2023 consente il legno negli edifici fino alla soglia dei grattacieli
- Francia: le normative RE2020 promuovono attivamente i materiali di origine biologica, compreso il legno
- Tassonomia UE: le costruzioni in legno riconosciute come attività economica sostenibile
Direzioni future
Il settore del legno multipiano avanza rapidamente:
- Edifici più alti: edifici in legno di oltre 30 piani in fase di progettazione/pianificazione
- Sistemi ibridi: combinazioni ottimizzate di legno, cemento e acciaio
- Automazione: assemblaggio robotizzato di elementi in legno in cantiere
- Gemelli digitali: monitoraggio in tempo reale delle prestazioni degli edifici in legno
- Standardizzazione: sviluppo di dettagli di connessione e sistemi di pavimento standard
- Assicurazioni: crescente accettazione da parte degli assicuratori man mano che la base di prove si espande
La traiettoria è chiara: il legno diventerà un materiale strutturale tradizionale per gli edifici urbani di 5-15 piani entro il prossimo decennio, con applicazioni specialistiche che raggiungeranno i 20+ piani.
Risorse correlate
- Guida al legno strutturale - panoramica completa delle costruzioni in legno
- Case modulari in CLT — Principi di costruzione in CLT
- Timber Frame vs CLT - confronto tra sistemi strutturali
- Resistenza al fuoco del legname — ingegneria antincendio del legname
- Progettazione delle connessioni in legno: specifica della connessione
- Carbonio incorporato nel legno — contabilità del carbonio
- Net Zero Timber Buildings - raggiungimento dello zero netto
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- C24 Legname da costruzione strutturale — legno tenero strutturale