piano 2011 esempio di calcolo

Esempio di calcolo distrutture in c.a. in zonasismica - Parte 1

© S.T.A. DATA srlIl materiale può essere riprodotto dietro richiesta scritta all’Autore che si riserva di concedere il relativo diritto.I marchi sono registrati dai legittimi proprietari.S.T.A. DATA srl non si assume alcuna responsabilità diretta o indiretta relativamente al contenuto delpresente documento.

Dicembre 2010

Esempio di calcolo distrutture in c.a. in zonasismica - Parte 1

3

© <S.T.A. DATA srl>

Indice

Parte I Premessa 5

................................................................................................................................... 51 Piano 2011

Parte II Il progetto in esame 6

Parte III Fase 1: Analisi della struttura 10

................................................................................................................................... 101 Navigator

......................................................................................................................................................... 10L'applicazione pratica delle NTC 08

......................................................................................................................................................... 11Le Tipologie di Analisi

......................................................................................................................................................... 12Lo schema di calcolo

......................................................................................................................................................... 16L'organizzazione di Navigator

......................................................................................................................................................... 16Parametri struttura e sismici

......................................................................................................................................................... 20Normativa in linea

................................................................................................................................... 212 Analisi preliminari

......................................................................................................................................................... 22Analisi dei carichi

......................................................................................................................................................... 24Carico da neve

......................................................................................................................................................... 25Carico da vento

................................................................................................................................... 293 Il modello ad elementi finiti

......................................................................................................................................................... 29Le fasi di costruzione dei modelli

......................................................................................................................................................... 31Axis VM: il risolutore

.................................................................................................................................................. 31Axis VM: le caratteristiche principali

.................................................................................................................................................. 33Axis VM: controllo totale

.................................................................................................................................................. 33Axis VM: anticipa il futuro con il BIM

.................................................................................................................................................. 35L'intoduzione dei dati

........................................................................................................................................... 35Una sola f inestra di lavoro, tutto a portata di mouse!

........................................................................................................................................... 36Più grafica, meno operazioni manuali

........................................................................................................................................... 36Lettura disegni architettonici da f ile DXF e IFC

........................................................................................................................................... 37Collegamento AxisVM – Tekla Structures (Xsteel)

........................................................................................................................................... 38Costruzione diretta del modello con oggetti strutturali

........................................................................................................................................... 39Generazione rapida della geometria grazie a comandi dedicati

........................................................................................................................................... 39Ambiente grafico multif inestra

........................................................................................................................................... 39Definizione degli elementi resistenti

........................................................................................................................................... 40Modellazione con Solaio inf initamente rigido

........................................................................................................................................... 41Libreria Materiali

........................................................................................................................................... 41Libreria Sezioni per elementi strutturali

........................................................................................................................................... 42Gestione dei dati con tabelle

........................................................................................................................................... 42Architettura object-oriented

........................................................................................................................................... 49Gestione dei gruppi

........................................................................................................................................... 50Multinorma e parametrico

........................................................................................................................................... 51Completa gestione dei carichi

........................................................................................................................................... 53Combinazione automatica secondo NTC08 e EC

........................................................................................................................................... 53Ripartizione automatica dei carichi distribuiti sulle travi

........................................................................................................................................... 55Casi e Gruppi di carico: Eurocodice no problem!

........................................................................................................................................... 56Combinazione delle sollecitazioni secondo EC e NTC

........................................................................................................................................... 57Elementi precompressi

........................................................................................................................................... 60Vincoli esterni

Esempio di calcolo di strutture in c.a. in zona sismica - Parte 14

© <S.T.A. DATA srl>

5Premessa

Premessa

Il documento contiene la sintesi del calcolo di una struttura in c.a. eseguito secondo le"Norme Tecniche per le Costruzioni" DM 14-1-20008.

Si riportano quindi i passaggi principali per l'esecuzione del progetto utilizzando il softwarePiano 2011 e la sua descrizione.

Piano 2011

Il progetto di strutture in zona sismica realizzato con Piano 2011 si sviluppa in diverse fasi,illustrate nello schema seguente:

Analisi strutturaQuesta fase è dedicata alla costruzione del modello di calcolo.

Il primo modulo è costituito da Navigator, una guida che indica il percorso da seguire per laprogettazione sismica secondo NTC 08. Introducendo i parametri della struttura Navigatorpresenta la sequenza delle fasi indicando tutte le analisi da eseguire. Comprende anchemoduli per l'analisi dei carichi e il predimensionamento degli elementi.

Axis VM è il solutore di calcolo agli Elementi Finiti, direttamente integrato in Navigator checalcola le sollecitazioni e spostamenti degli elementi. Axis VM è un solutore nato in modospecifico per l'ingegneria civile ed offre velocità e flessibilità per il calcolo di qualsiasistruttura.

Verifica elementiLa fase dedicata alla verifica consente il progetto esecutivo degli elementi portanti,applicando la gerarchia delle resistenze dove necessario.

Con il modulo CA si ottiene il progetto ed il disegno delle armature necessarie per i diversi

6 Esempio di calcolo di strutture in c.a. in zona sismica - Parte 1

elementi delle strutture in c.a. come travi, pilastri, solai.

Il modulo Fondazioni calcola plinti, trave rovesce e piastre proponendo l'armatura necessaria.

Il modulo Legno verifica le membrature per le strutture in legno.

Relazione di calcoloReport consente la gestione della relazione di calcolo, integrando i documenti prodotti daidiversi software STA DATA, come 3Muri, ed anche da altri programmi. Il documento puòessere modificato da un potente gestore di testi ottenendo così la stampa diretta ol'esportazione in diversi formati di file.

Il progetto in esame

La struttura in esame è costituita da un edificio di civile abitazione pluripiano da realizzare inc.a. gettato in opera e rappresentata nelle figure seguenti:

7Il progetto in esame

9Il progetto in esame


Fase 1: Analisi della struttura

La prima fase è costituita dalla costruzione del modello di calcolo che analizza la struttura nelsuo insieme.

Partendo dal progetto architettonico è necessario individuare gli elementi resistenti persopportare le azioni verticali e contrastare le azioni orizzontali di origine sismica.

La struttura è costituita da un sistema di travi e pilastri e solai gettati in opera schematizzatoattraverso un telaio spaziale; il nucleo centrale in c.a. è destinato ad accogliere l'ascensore esarà integrato nel modello complessivo in quanto costituisce un elemento di rigidezza nontrascurabile.

Su tre lati nel piano interrato sono presenti muri in c.a.

Il modello di calcolo agli elementi finiti comprende le strutture principali (pilastri, solai, travi,fondazioni, copertura) al fine di determinare la distribuzione delle sollecitazioni.

Prima di realizzare il modello di calcolo è necessario però esaminare tutte le condizioni alcontorno del progetto (parametri sismici, analisi dei carichi) e per questo è disponibile ilmodulo Navigator.

Navigator

L'applicazione pratica delle NTC 08

Le "Norme Tecniche per le Costruzioni" - DM 14.1.2008 apportano significative innovazioni alcalcolo strutturale, introducendo nuove modalità operative e un sensibile incremento alnumero di analisi richieste rispetto al DM 96.

Alcuni passaggi risultano di particolare complessità, come le diverse tipologie di analisi, lagerarchia delle resistenze.

Per agevolare la progettazione con le Norme Tecniche per le Costruzioni, Navigator offre unpercorso guidato che, a seguito delle scelte effettuate dall'utente, indica i passaggi necessariper ogni tipo di struttura ed elenca le richieste della normativa afferente al caso in esame.

Una guida quindi che consente di avere sempre il controllo del progetto in ogni sua fase,procedere con sicurezza, gestire i dati e mantenere un archivio ordinato dei lavori eseguiti.

Nel dubbio è sempre possibile richiamare la normativa completa, cioè il DM 14-1-08 integratocon le Istruzioni, resa sempre disponibile attraverso i richiami ipertestuali dei vari Capitoli.

Inoltre il modulo per la gestione della Relazione di calcolo produce automaticamente ildocumento richiesto dalla normativa.

Navigator è il punto di partenza per la progettazione di strutture in c.a., acciaio, legno e mistesecondo le "Norme Tecniche per le Costruzioni" di cui al DM 14-1-2008 e relative Istruzioni.

11Fase 1: Analisi della struttura

Attraverso un percorso guidato sono disponibili le seguenti funzionalità:

Creazione del lavoro con la possibilità di prevedere più ipotesi di calcolo (es. analisidinamica ed analisi statica) confrontando i risultati tra loro;

Gestione dei parametri sismici (zona, comune, terreno, ecc.);

Gestione delle caratteristiche della struttura;

Calcolo dei parametri sismici e del fattore di struttura “q”;

Analisi contemporanea dei modelli richiesta da normativa per le diverse analisi (SLV, SLDper resistenza, SLD per danno, SLO, ipotesi di cerniere agli estremi delle travi);

Analisi preliminari tra cui l'Analisi dei Carichi ed il predimensionamento degli elementistrutturali;

Costruzione dei modelli di calcolo con Axis VM, direttamente collegato a Navigator;

Analisi dei risultati per ogni modello;

Lancio di Piano CA per le verifiche ed il disegno delle armature per travi e pilastri;

Lancio di Piano Report per la creazione automatica di una completa relazione di calcolo;

Consultazione in linea della normativa completa (DM 14.1.08 e Istruzioni per l’applicazionedelle “Norme tecniche per le costruzioni” di cui al D.M. 14 gennaio 2008) integrate in ununico documento.

Le Tipologie di Analisi

Lo schema seguente riporta le diverse tipologie di analisi previste dalle "Norme Tecniche perle Costruzioni" - DM 14-1-2008 in funzione dei possibili parametri che si verificano per ilcalcolo delle strutture antisismiche (zona, tipo di costruzione e classe d'uso).

Navigator è stato sviluppato prendendo come riferimento questo schema che viene percorso


automaticamente man mano che si introducono i dati del lavoro in esame.

Individuata la tipologia di analisi, variabile tra A e L, il programma si adatta automaticamenterichiedendo i dati coerenti alla tipologia in esame.

Lo schema di calcolo

Per il calcolo di strutture in zona sismica è necessario seguire un percorso determinato,indicato nella figura seguente; la tipologia degli edifici (A - L) fa riferimento alla figuraprecedente.

Per strutture tipo A, B, C, D si intendono le strutture da realizzare in Zone sismiche 1, 2 e 3.

La fase a) riguarda la modellazione della struttura agli elementi finiti, quindi l'esame dellastruttura nel suo complesso.

La fase b) comprende le verifiche dei singoli elementi, realizzate secondo la logica dellaGerarchia delle Resistenze.

La fase c) prevede la verifica degli elementi di fondazione che, per soddisfare la Gerarchiadelle Resistenze, necessitano di un modello particolare.


Si riporta la descrizione di ogni punto.

1. Impostazione generale della struttura

In questa fase si effettuano le scelte riguardanti il materiale da utilizzare (c.a., acciaio, legno),la tipologia strutturale (telaio, a pareti, misto), la distribuzione degli elementi verticali eorizzontali (telai resistenti, setti), la tipologia di fondazioni (dirette, indirette).

Questa fase non è automatizzabile, in quanto si tratta di una sintesi di fattori che derivanodall'esperienza del progettista, dalla sua sensibilità, dalle condizioni del committente, dallaimpresa esecutrice dei lavori, dai vincoli ambientali.

Al più sarà possibile confrontare diverse ipotesi sviluppate con le analisi seguenti con sceltealternative.

2. Modello di calcolo agli elementi finiti

Il modello di calcolo agli elementi finiti consente la determinazione delle sollecitazioni el'analisi degli spostamenti a seguito dell'applicazione dei carichi verticali e sismici.

Di seguito si esaminano le diverse condizioni di carico in funzione delle caratteristiche dellastruttura.

3. Carichi verticali

In questa fase si definiscono i carichi verticali suddivisi tra permanenti e variabili. Il modulodedicato all'analisi dei carichi per i solai, neve e vento consentono di determinare i valori daintrodurre nel modello complessivo.

4. Analisi dinamica/statica

L'analisi dinamica o analisi modale è l'analisi che le NTC 08 indicano come analisi standard.Attraverso l'analisi dinamica si valutano le caratteristiche dinamiche della struttura (formemodali e periodi per ogni forma) che determinano le forze orizzontali ed eventualmenteverticali che simulano l'evento sismico.

Per alcune strutture particolarmente semplici è possibile realizzare l'analisi statica. In questocaso non è necessario realizzare l'analisi dinamica, se non per verificare che sia possibilel'analisi statica.

5. Parametri sismici e fattore di struttura "q"

I parametri sismici (es. accelerazione al suolo) ed il fattore di struttura "q" determinano glispettri di progetto che consentono di calcolare l'intensità delle forze sismici.

6. Carichi sismici

Attraverso la combinazione dei dati ricavati ai punti 4 e 5 di determinano i carichi sismici.

7. Calcolo sollecitazioni

Applicando le forze di statico e di tipo sismico al modello ad elementi finiti si calcolare lesollecitazioni e gli spostamenti dell'intera struttura.

8. Calcolo travi

Al fine di realizzare la duttilità della struttura, le NTC 08 prevedono che gli elementi strutturali(travi, pilastri, setti, fondazioni) sono soggetti alla gerarchia delle resistenze, cioè l'ordine didanneggiamento di questi elementi è imposto attraverso il dimensionamento prestabilito.

In particolare per le travi il progetto a taglio segue il progetto a flessione e le sollecitazioni ditaglio sono ricavate dalla resistenza flessione, opportunamente amplificate.

9. Calcolo pilastri, setti


Anche per i pilastri i momenti da applicare derivano dalla resistenza delle travi amplificate.

Per i setti invece si assumono i valori di calcolo.

10. Verifica nodi

I nodi sono soggetti a verifica nei riguardi della staffatura necessaria e per lo sfilamento dellebarre.

11. Verifica stato limite di danno

Accanto alla verifica di resistenza degli elementi (Stato Limite Ultimo), è necessariocontrollare gli spostamenti relativi di piano (Stato Limite di Danno).

12. Variazione geometria

Alla fine del processo di analisi, potrebbero risultare variate le sezioni degli elementi (travi epilastri). In questo caso è necessario reiterare l'analisi, variando il modello ad elementi finiti.

13. Modello elementi finiti strutture di fondazione

L'ultimo aspetto della Gerarchia delle Resistenze riguarda le opere di fondazione, che devonorisultare come l'anello più forte delle catena.

I valori da applicare alle fondazioni sono ricavati amplificando le sollecitazioni di travi e setti.

14. Calcolo elementi di fondazione

Per le strutture da realizzare in Zona 4 il percorso è il seguente:

Anche in questo caso si individuano tre fasi principali: a, b, c simili alle precedenti, ma ilcalcolo prevede semplificazioni rispetto alla prima ipotesi perché non è necessario applicarela Gerarchia delle Resistenze; risulta quindi meno onerosa la verifica degli elementi.


Navigator utilizza anche questo schema per la procedura di calcolo delle strutture.


L'organizzazione di Navigator

Navigator suddivide i dati in "Lavori" che comprendono tutti gli elementi relativi al calcolo diuna struttura.

Come si vedrà meglio in seguito ogni "Lavoro" può comprendere diversi "Progetti", cioèipotesi diversi che si riferiscono alla stessa struttura; in questo modo è possibili confrontarefacilmente diverse soluzioni e ipotesi progettuali.

Inoltre in ogni "Progetto" sono compresi tutti i modelli necessari per tenere in conto gli statilimite esaminati (salvaguardia della vita, danno, operatività).

La finestra <Nuovo Lavoro> permette di impostare la cartella in cui verrà salvato l'interoprogetto ed i dati relativi, attribuire un nome al lavoro e inserire una descrizione.

Parametri struttura e sismici

Appare quindi nell'area verticale posta a sinistra dello schermo un albero che si arricchirà dinuove voci man mano che il calcolo procede.

La prima voce di livello 1 è relativa al "Lavoro", mentre a livello 2 appariranno i diversi"Progetti".

Ogni "Progetto" comprende come primo elemento i "Parametri struttura".

Cliccando su questa voce appare:


Inserendo il Comune sono richiamati i parametri sismici relativi.

Il tasto "Mappa" riporta la tipologia di analisi che sarà presa in considerazione, nel nostro casoB.

Proseguendo con il tasto >> si passa alla figura seguente:


in cui sono definiti ulteriori parametri utili per il calcolo.

Con il tasto "Grafica" si visualizzano gli spettri di progetto adottati:


Inoltre è prevista l'analisi del fattore di struttura q, prendendo in esame le tipologie previstedalla normativa.


Normativa in linea

Nei diversi passaggi di Navigator è sempre possibili richiamare il testo completo delle NormeTecniche per le Costruzioni integrato con la Circolare esplicativa e con i rimandi interniconsentendo così la completa navigazione del testo.


Analisi preliminari

Prima di procedere con la costruzione del modello vero e proprio è necessario realizzarel'analisi dei carichi relativa alla valutazione del peso dei solai (peso proprio e carico variabile),della neve e del vento.

Per questo è disponibile un modulo dedicato a queste analisi.


Nella finestra sono riportate le analisi effettuate, divise per cartelle.

Per ogni cartella è presente una tabella che riassume le analisi svolte in precedenza e neriporta il risultato in modo che ogni singola analisi possa essere rivista e modificata.

Il dettaglio delle analisi sarà automaticamente riportato nella relazione generale.

Analisi dei carichi

L'analisi dei carichi per i solai avviene scegliendo un carico presente nelle banche dati deicarichi riportate a sinistra e trascinandolo nella tabella a destra che si compila in modoautomatico.


Il totale sarà riportato nella tabella riassuntiva generale.

Carico da neve

Per determinare il carico della neve è necessario definire le opzioni come riportato nellafigura seguente:

E' possibile determinare i valori dei carichi per gli effetti locali


Carico da vento

Per il calcolo del carico da vento è necessario introdurre i dati generali del caso in esame,riportati nella figura seguente:


In seguito, per ogni tipologia di struttura, sono riportate i valori ricavati.

La figura che segue riporta l'analisi dei carichi per un edificio chiuso.


Questo caso esamina invece il carico per una pensilina a doppia falda.


Il modello ad elementi finiti

Il modello di calcolo agli elementi finiti è una fase centrale dell'analisi sismica.

Le NTC 08 richiedono molte più analisi rispetto alla normativa precedente, e per agevolarequesto Navigator è in grado di gestire i diversi modelli richiesti.

Le fasi di costruzione dei modelli

Il numero di modelli richiesti varia in funzione delle diverse verifiche agli stati limite.

Nel caso in esame è necessario realizzare:

1. Stato limite di salvaguardia della vita (SLV)

2. Stato limite di danno (SLD)

3. Stati limiti per le fondazioni.

Per ogni stato limite è definito un apposito spettro di progetto e potrebbe essere richiestoanche un modello agli elementi finiti leggermente diverso (ad es. considerare la condizionefessurata per lo SLV e integra per lo SLD) e diverse sono anche le combinazioni da realizzare.

Per agevolare queste richieste Navigator gestisce automaticamente questa fase, attraverso ladefinizione di un modello di base, duplicato in tanti modelli quanti sono gli Stati Limitirichiesti; in questo modo è possibile semplificare i calcoli e velocizzare il processo di analisi.


La prima operazione richiesta è la costruzione del Modello Elementi Finiti - Base comeillustrato nella figura seguente:

Axis VM è il programma di calcolo agli elementi finiti ottimale per la modellazione strutturale,di cui si riportano le principali caratteristiche.


Axis VM: il risolutore

Axis VM, giunto alla versione 10, è il programma di calcolo strutturale agli elementi finitisviluppato in modo specifico per le strutture di ingegneria civile da un team di progettistiinformatici ed esperti di calcolo strutturale.

E' denominato "il risolutore" in quanto offre una gamma completa di strumenti per il calcolodi ogni struttura.

Cliccando qui http://www.stadata.com/Vedi.asp?table=Download_virtualDemo è possibilescaricare le versioni dimostrative dei programmi utilizzati ed ulteriore documentazione.

Axis VM: le caratteristiche principali

Nato per l’ediliziaAxis VM è stato pensato per le specifiche esigenze dei Professionisti dell’edilizia: per questoil percorso di introduzione dei dati è più immediato, i comandi sono mirati, le funzioni dicontrollo finalizzate alle problematiche del mondo delle costruzioni.

L’applicazioneÉ il software perfetto per ogni esigenza applicativa pratica, dalla semplice ristrutturazione allarealizzazione delle strutture più complesse.

Axis VM si basa su una architettura software sofisticata e potente, assolutamente evoluta, chesi riflette in una operatività amichevole basata su semplici click del mouse e nellavisualizzazione grafica.

L’esperienzaAxis VM nasce da più di 25 anni di esperienza di progettazione software, grazie allacollaborazione con prestigiosi docenti universitari e professionisti di fama.

L’immediatezza dall’ergonomiaAlla base del successo di Axis VM c’è uno studio molto approfondito sull’ergonomia delsoftware.

Questo studio ha permesso di progettare Axis VM in base a regole che ne determinano lastraordinaria semplicità d’uso senza alcuna rinuncia alla potenza ed alla flessibilità.

Pochi comandi molto potenti Questo riduce il tempo di apprendimento (rispetto ad altrisoftware dotati di moltissime opzioni, Axis VM dispone un n. limitato di pulsanti)

Le funzioni giuste al posto giusto Le funzioni di introduzione dei dati, di calcolo e dipresentazione dei risultati sono state suddivise in modo chiaro e razionale, secondo lalogica del progettista quindi molto intuitive

Più spazio ai comandi più usati e meno per quelli di uso meno frequente In questomodo si ottiene rapidità per le funzioni di grande uso e immediatezza nella ricerca.

Grande produttivitáAxis VM è stato studiato per risolvere problemi, non per crearne!

Consente infatti grande velocità operativa anche per strutture molto complesse. Il sistema digestione dei dati permette di apportare rapidamente modifiche ai modelli introdotti senzaperdere alcun dato già presente.

Per esempio variando la lunghezza di una trave, il carico viene automaticamente aggiornato,

http://www.stadata.com/Vedi.asp?table=Download_virtualDemo


senza interventi manuali.

La velocità di modifica è molto importante, soprattutto nel calcolo sismico, in quanto ilprocesso di calcolo segue successive approssimazioni.

Software certificatoAxis VM è stato sottoposto ad accurati test e controlli di correttezza; per questo sonodisponibili numerosi esempi di confronto, verificabili da parte degli utenti.

I modelli di paragone sono stati confrontati con esempi tratti dalla bibliografia o analizzati conaltri software di calcolo, evidenziando la perfetta compatibilità dei dati.

Mai soliPer un maggior margine di sicurezza Axis VM non ti lascia mai solo! Basta una semplicetelefonata per ricevere in diretta e on line l’aiuto di uno degli ingegneri del software S.T.A.Data.

Aggiornato alle nuove norme sismiche e tecnicheAxis Vm è aggiornato alle nuove norme (DM 14-1-08 "Norme tecniche per le costruzioni",OPCM 3274/03 – 3431/05, Eurocodice 2, Eurcodice 8) e consente di effettuare ogni analisianche secondo diverse normative estere.

Axis VM è no limits!Avis VM è l’applicativo ideale per tutte le strutture civili ed industriali costituite da:

elementi piani e spaziali;

travature reticolari;

strutture miste costituite da travi, piastre, gusci, membrane;

piastre rinforzate con nervature;

strutture di fondazione: travi continue, piastre, palificate, muri di sostegno, strutture contiranti;

strutture in c.a., acciaio, legno e miste.

Dalle strutture più semplici...

…alle strutture più complesse, per opere civili ed industriali


Axis VM: controllo totale

Il capitolo 10 delle "Norme Tecniche per le Costruzioni" - DM 14-1-08 prescrive regole per iprogrammi di calcolo automatico, sottolineando la piena responsabilità da parte delprogettista circa l'uso del software.

Per questo STA DATA offre sia programmi in grado di soddisfare qualsiasi esigenza, sia corsi diformazione per il loro uso corretto.

In poche parole: il progettista deve avere il controllo totale del progetto attraverso laconoscenza del software utilizzato e dei suoi componenti.

In particolare i dati di input e di output devono essere chiaramente individuati, in modonumerico e in modo grafico e devono essere esplicitate le procedure di analisi e gli algoritmiutilizzati.

Axis VM risponde a questa esigenza di controllo totale attraverso una serie di strumenti chefacilitano la completa gestione dei dati e l'esame dei risultati.

La documentazione allegata al programma (manuale d'uso e manaule di validazione) esplicitai limiti e le possibilità del programma consentendo al progettista di controllare ognipassaggio.

Axis VM: anticipa il futuro con il BIM

Le tecnologie di base del CAD consentono la rappresentazione grafica di oggetti; questo hapermesso una forte crescita dell’efficienza dei progettisti pur presentando forti limiti intermini di collaborazione. Infatti i disegni CAD consentono solo il passaggio di informazioni


grafiche tralasciando altri dati fondamentali (ad es. materiale, sezione, vincoli, spessori, ecc.).

Il BIM (Building Information Modeling) supera queste limitazioni e attraverso la definizione dinuovi standards di comunicazione (file in formato IFC) consente la piena collaborazione tra ivari progettisti, cioè l'interoperabilità.

I migliori programmi di progettazione architettonica (Allplan, ArchiCAD, Autodesk Revit, ecc.)consentono l'esportazione e l'importazione dei dati in formato IFC.

Attraverso la definizione completa di oggetti (travi, pilastri, solai, ecc.) il progettistaarchitettonico consente al progettista strutturale di ricevere già gran parte delle informazioninecessarie per procedere con il dimensionamento (geometrie, materiali, carichi), e ne riceveautomaticamente i risultati con grandi vantaggi operativi.

Axis VM implementa tutte le nuove tecnologie per rendere concrete queste potentiopportunità.

Dal modello architettonico…

…al modello strutturale in pochi secondi e ancora al modello architettonico per il suoaggiornamento.


L'intoduzione dei dati

Un punto di forza di Axis VM è la facilità di introduzione dei dati, senza penalizzare lagenericità delle strutture che si possono calcolare.

Grazie ad uno studio delle modalità operative per ridurre il tempo di apprendimento, Axis VMrisulta assolutamente naturale, immediato, con tempi ridottissimi per conoscere a fondotutte le funzionalità.

Quindi nessun limite alla possibilità di modellare strutture anche complesse, in tempi brevi esenza stress.

Una sola f inestra di lavoro, tutto a portata di mouse!

L'interfaccia con Axis VM è costituita da un’unica finestra, ottimizzata per il caricamento deidati, l’analisi e la visualizzazione dei risultati.

Questo riduce il numero di comandi da usare e da imparare: pochi, semplici e potenti, sonotutti a portata di mouse. Inoltre, l’ambiente grafico consente il controllo totale delleoperazioni con riscontro visivo immediato. La struttura viene presentata su piani, inprospettiva, con rimozione delle linee nascoste; con il rendering si ottiene una migliorecomprensione. E, per la completa gestione del modello grafico, sono presenti tutte lefunzioni CAD più comuni riportate nella barra verticale sinistra.

La barra alta orizzontale è suddivisa in cartelle che seguono la logica di introduzione: input,analisi, risultati, verifiche elementi.

In figura sono riportate le fasi di introduzione dei dati, secondo le cartelle visibili da sinistra adestra: Definizione Geometria, Caricamento Elementi strutturali, Carichi, Mesh Elementifiniti, Analisi Statica e presentazione dei risultati, Analisi Dinamica, Analisi Instabilità, Verificaelementi in C.A., Verifica elementi in Acciaio.


Più grafica, meno operazioni manuali

Pochi comandi, semplici e potenti: la differenza principale tra Axis VM ed altri programmi ècostituta dall’ambiente grafico, ergonomico ed intuitivo.

Ecco l’elenco delle funzioni grafiche principali:

Redazione grafica del modello in multi-vista inclusa la prospettiva;

Comandi veloci per la generazione della geometria in 3D, traslazione, rotazione, specchio,scala, ecc.;

Sistema di coordinate ortogonali, cilindriche e sferiche;

Cursore 3D interattivo;

Generazione avanzata della maglia in modo locale o globale;

Biblioteche di profili d'acciaio con le sezioni maggiormente usate in Europa e negli StatiUniti;

Modulo integrato per il calcolo delle caratteristiche geometriche di sezioni generiche;

Scambio bidirezionale della geometria con AutoCAD.

Lettura disegni architettonici da f ile DXF e IFC

Axis VM è performante. Il nuovo concept permette di caricare file da software diprogettazione architettonica (ArchiCAD®, All Plane®, Autodesk Revit®, ecc.) per velocizzare lafase di costruzione della geometria.

L’importazione può avvenire in due modalità: lucidando il disegno architettonico (file formatoDXF) o importando direttamente gli oggetti strutturali (file IFC 2X3). Questa opzione sfrutta lametodologia BIM, consentendo il passaggio non solo di dati geometrici, ma di veri e proprioggetti strutturali che velocizzano notevolmente il processo di costruzione del modello.


Importando il file IFC 2X3 vengono evidenziati gli oggetti definiti durante la progettazionearchitettonica.

L’utente può scegliere e definire gli elementi strutturali selezionando le parti interessate ecompletando le informazioni con i dati mancanti (es. materiale e vincoli).

A seguito di modifica di alcuni elementi è possibile l'esportazione del modello in un nuovofile IFC che potrà essere letto dal CAD originale, aggiornando in questo modo il progettoarchitettonico.

Collegamento AxisVM – Tekla Structures (Xsteel)

Tekla è un software per il disegno di strutture metalliche.

All'interno di Tekla è possibile installare un plug-in che consente di utilizzare AxisVM comemotore per l’analisi.

In questo modo, attraverso un modulo di interscambio integrato dei dati, si ottiene ilcollegamento diretto tra i due programmi.

Tekla Structures lancia AxisVM, trasferisce il modello includendo gli elementi strutturali, ivincoli, i carichi e le combinazione dei carichi.

Dopo il lancio dell’analisi si possono visualizzare i risultati ed è possibile procedere con leverifiche delle aste e dei nodi

La figura riporta l'ambiente operativo di Tekla con il collegamento con Axis VM.


Costruzione diretta del modello con oggetti strutturali

La struttura può essere costruita direttamente mediante oggetti strutturali.

Con un solo comando si introducono direttamente pilastri, travi, solai, muri, elementi pianianche forati con il controllo diretto dei parametri (materiale, sezione, altezza, peso, ecc).

L’introduzione degli oggetti avviene in modo interattivo anche in 3D, e l'effetto realistico èsorprendente.

La struttura prende forma man mano che avviene l'input ed il controllo del risultato èimmediato.

Questo nuovo e pratico modo di introdurre i dati non sostituisce la modalità classica, cheprevede l’introduzione dei dati tramite gli assi, i nodi di collegamento agli altri elementi, lasezione e le caratteristiche dei materiali.

L’introduzione dei dati mediante oggetti strutturali velocizza sensibilmente l’input dellastruttura, senza perdere la caratteristica di potenza che da sempre contraddistingue Axis VM.

La stessa operazione avviene per elementi di superificie, verticale, orizzontale, inclinati,eventualmente con fori.


Generazione rapida della geometria grazie a comandi dedicati

Axis VM è dotato di comandi estremamente efficienti per la generazione grafica del modello.

I comandi copia, sposta, duplica, rifletti, ecc. consentono qualsiasi operazione di costruzione emodifica del modello di calcolo.

Particolarmente potente è la modifica di modelli esistenti, che possono essere manipolatisenza perdere i dati già introdotti.

Ambiente grafico multif inestra

Con Axis VM lo schermo è divisibile in un numero illimitato di finestre: questo permette diosservare e controllare contemporaneamente la struttura da tutti i punti di vista.

Agendo in una finestra, le modifiche sono automaticamente visibili anche nelle altre viste.

Definizione degli elementi resistenti

Terminata la costruzione geometrica del modello, per ogni elemento (travi, pilastri, elementisuperficiali) è necessario assegnare il materiale, le caratteristiche geometriche ed i vincoli.

Inoltre è possibile definire l’eventuale comportamento non-lineare di elementi e gli svincoli


interni.

Questo modello usa elementi trave a sezione variabile, consentendo rapidità eprecisione di modellazione anche per strutture complesse.

Modellazione con Solaio inf initamente rigido

Il nuovo elemento di Solaio infinitamente rigido è utile per modellare gli elementiorizzontali, verticali ed inclinati delle strutture in zona sismica.

Questa nuova opzione semplifica e velocizza l’analisi delle strutture riducendo le dimensionidel modello.


Libreria Materiali

La Libreria dei materiali, già presente ed eventualmente integrabile da parte dell'utente,consente di associare rapidamente i dati richiesti per ogni asta o gruppo di aste

Libreria Sezioni per elementi strutturali

Per calcolare le caratteristiche geometriche di sezioni generiche è stato integrato un moduloche consente la costruzione grafica di qualsiasi tipo di sezione.

Tramite un algoritmo per il calcolo delle caratteristiche geometriche ad elementi finiti, èpossibile valutare esattamente la rigidezza torsionale per sezioni con comportamenti diversi(sezioni chiuse, con comportamento scatolare, e sezioni aperte).


Non ci sono limiti per l'uso di sezioni anche molto complesse..

Gestione dei dati con tabelle

Per agevolare la fase di introduzione dei dati, tutti i dati sono presentati sia graficamente siacon tabelle riassuntive di semplice utilizzo. Modificando un dato grafico la tabella si aggiornain automatico e viceversa.

Particolari funzioni presenti per la gestione delle tabelle consentono di introdurrecontemporaneamente più dati.

Le tabelle scambiano dati in input ed output con altri applicativi, in particolare con Excel®.

Architettura object-oriented

Gli oggetti strutturali sono i singoli elementi che Axis VM mette a disposizione.

Elementi lineari: reticolari, travi, nervature.Gli elementi reticolari e lineari sono espressi con funzione di forma cubica e sono gli elementifiniti più usati per modellare travi e colonne. Questo significa che non è necessariosuddividere le aste in elementi ridotti per aumentare la precesione, in quanto già i risultatisono corretti con un unico elemento.


Gli elementi nervatura sono elementi isoparametrici a 3 nodi con funzione di formaquadratica e possono essere definiti come elementi trave (prendendo in conto anche ladeformazione per taglio) o in collegamento con elementi superficiali con eventualeeccentricità. Sono utilizzati quindi per la modellazione di piastre nervate.

Elementi superficiali: membrane, piastre, gusciGli elementi superficiali sono elementi isoparametrci quadrilateri (8/9 nodi) o triangolari (6nodi)

Tutti usano funzioni di forma quadratica per interpolare gli spostamenti e hanno tuttisuperato il “patch test” per forme arbitrarie. Le piastre ed i gusci seguono la teoria di Mindlincon la formulazione Heterosis, cioè tengono conto della deformazione per taglio.

Vincoli alla Winkler per elementi lineariCon questi elementi è possibile modellare fondazioni con elementi lineari. Sono dotati dicaratteristiche non lineari (solo trazione, solo compressione o limite di resistenza).

Vincoli alla Winkler per elementi superficialiCon questi elementi è possibile modellare fondazioni con elementi superficiali. Sono dotatidi caratteristiche non lineari (solo trazione, solo compressione o limite di resistenza).

Elementi di fondazione costituiti da vincoli puntuali, comunque orientati nellospazio e con rigidezza definibile a piacere.Per questi elementi è possibile definire la rigidezza ed i valori risultanti costituiscono lereazioni vincolari. Sono dotati di caratteristiche non lineari (solo trazione, solo compressioneo limite di resistenza).

Elementi di contatto per modellare strutture a comportamento unidirezionaleGli elementi di contatto sono usati per condizioni di contatto punto-punto. Questi elementihanno grande rigidezza quando sono attivi, e piccola rigidezza, ma non pari a zero, quandosono inattivi. Lo stato attivo può essere di trazione o compressione. Può essere impostaun’apertura iniziale.

Elementi molla per modellare vincoli lineari/non lineari o collegamenti semirigidi.Gli elementi molla si possono esaminare come vincoli lineari o non lienari o semplicicollegamenti.

Elementi link per modellare connessioniGli elementi link possono collegare nodi o linee (elementi nervatura con superfici o superficie superfici)

Elementi RigidiGli elementi rigidi possono modellare parti dotate di grande rigidezza, senza definire il valoredella rigidezza stessa all’elemento. L’elemento può avere qualsiasi numero di nodi.

DOF nodali (gradi di libertà)Ogni nodo è dotato di sei gradi di libertà che, a seconda della necessità, può essere gestitoper modellare le diverse strutture (reticolari piane e spaziali, membrane e gusci, ecc.)

Esistono tipologie tipo già implementate a secondo delle diverse configurazione dei vincoli,ed ogni nodo può essere gestito in modo separato.

Elementi per l’orientamento Per orientare gli elementi sopra descritti è possibile definire punti di riferimento, vettori, assi


e piani.

Meshatura automaticaSono disponibili diversi comandi per generare le mesh degli elementi sia lineari chesuperficiali.

Axis VM dispone di un’ampia gamma di elementi finiti per la modellazione ottimale di ognistruttura.

Con pochi comandi è possibile ottenere modelli complessi, come negli esempi sotto illustrati:

Solaio con diverso tipo di meshatura e spessore diverso


Fondazioni su pali

Strutture con solette piene o in laterizio


Strutture metalliche e miste


Esempio di modellazione di una passerella

Copertura in legno lamellare

Struttura metallica porta container


Edificio scolastico


Struttura in ca edifici civile abitazione

Capannone industriale

Gestione dei gruppi

Per rendere più veloce ed agevole la fase di introduzione geometrica, è possibile suddividerela struttura in gruppi, secondo criteri stabiliti dall’utente.

Per esempio si possono raggruppare tutte le aste di un solaio, i pilastri, ecc.

In questo modo si semplifica il lavoro nel caso di una struttura complessa e si possonoattribuire le stesse caratteristiche allo stesso gruppo.


Divisione della struttura in gruppi

Il comando Gruppi può essere organizzato in cartelle gerarchiche per attivare più facilmentel’insieme di più parti.

Multinorma e parametrico

Axis VM consente di effettuare le analisi secondo diverse normative:

Eurocodice

Normativa sismica italiana (OPCM 3274)

Norme Tecniche per le Costruzioni

Tedesca

Svizzera

Ungherese

Rumena


Tutte le unità di misura sono completamente ridefinibili: è possibile modificarle anche dopol’introduzione della struttura, ottenendo l’aggiornamento in automatico dei dati giàintrodotti.

Completa gestione dei carichi

Axis VM dispone di tutti i tipi di carichi per una loro efficace gestione:

Sono disponibili numerosi tipi di carico da applicare agli elementi finiti.

Casi di carico – Gruppi di carico

Si possono definire, selezionare, modificare o cancellare casi di carico statici, linee diinfluenza e di tipo sismico senza limiti.Combinazioni di carico:

Le combinazioni di carico si ottengono dai casi e dai gruppi e includono moltiplicatori (fattoridi sicurezza) definibili dall’utente.

Automaticamente sono calcolate le combinazioni critiche (cioè i valori massimi e minimi


assoluti) partendo dalle combinazioni dei gruppi e dei casi di carico.Carichi nodali

Si possono definire forze o momenti per i nodi desiderati.Carichi concentrati sulle travi

Si possono definire forze o momenti sugli elementi desiderati.Carichi concentrati su domini

Si possono definire carichi concentrati sui domini in diversi riferimenti. Questo consente dimodificare la mesh senza dover reintrodurre i carichi in seguito.Carichi lineari distribuiti su travi e nervature

Si possono definire o modificare carichi distribuiti su elementi lineari in diverse forme edisposizioni.Carichi di bordo

Si possono definire o modificare carichi distribuiti sui bordi degli elementi guscioCarichi lineari su domini

Si possono definire o modificare sui domini carichi lineari tra due punti, lungo una polilinea oun arco. Questo consente di modificare la mesh senza dover reintrodurre i carichi in seguito.Carichi superficiali

Si possono definire o modificare carichi distribuiti di elementi membrana, piastra e guscio.Carichi su aree posizionate su domini

Si possono definire o modificare carichi su aree rettangolari, poligonali o libere sui dominianche in presenza di fori e punti di riferimento. Questo consente di modificare la mesh senzadover reintrodurre i carichi in seguito.Carichi idraulici

Si possono definire o modificare carichi di tipo idraulico in direzioni variabili e con diversedisposizioni.Peso proprio

Si possono calcolare automaticamente il carico da peso proprio su tutta o parte della struttura.Carichi derivanti da difetti di costruzione

Si possono definire variazioni di lunghezza degli elementi dovute a difetti di fabbricazione

Carichi di trazione o compressione Ad elementi reticolari e travi si possono attribuire forze interne inizialiCarichi termici su elementi lineari

Si possono definire carichi termici su elementi trave, nervatura e reticolari. Carichi termici su elementi superficiali

Si possono definire carichi termici su piastre, gusci e membrane. Cedimenti imposti alle fondazioni

Si possono definire traslazioni e rotazioni ai vincoli esterni. Linee di influenza

Si possono imporre spostamenti relativi a elementi reticolari o elementi trave.Carichi sismici

Si possono applicare carichi equivalenti di tipo statico in base ai carichi verticali ed all’analisidinamica secondo diverse normative comprendendo effetti torsionali, spostamenti,spostamenti relativi di piano e analisi del secondo ordine.Carichi da masse nodali

Si possono definire masse nodali per l’analisi dinamica. Carichi dovuti a precompressione su elementi trave


Si possono definire cavi di precompressione in diverse condizioni e ancoraggi su travi.

Non esiste limite circa il numero di casi di carico e di combinazioni di casi che si possonodefinire.

Combinazione automatica secondo NTC08 e EC

I casi di carico elementari (peso proprio, carichi variabili, neve, vento, effetti sismici,precompressione, ecc.) si combinano automaticamente tra loro al fine di determinare tutte icasi previsti dalla normativa.

Ripartizione automatica dei carichi distribuiti sulle travi

Axis VM calcola la distribuzione automatica dei carichi sui solai attribuendo carichi lienari alletravi portanti.

La distribuzione avviene secondo la teoria delle piastre fessurate.


Nella figura appare la distribuzione del carico uniforme sulle travi di bordo e la logica disuddivisione del carico.

E' possibile visualizzare i valori di carico ripartito sulle singole travi.

Anche per le strutture reticolari è possibile trasformare il carico distribuitouniforme in carichi nodali attribuiti automaticamente agli elementi reticolari.


Casi e Gruppi di carico: Eurocodice no problem!

Axis VM consente la completa gestione dei carichi, realizzando il calcolo delle combinazioniche derivano dall’applicazione dell’Eurocodice e dal calcolo agli Stati Limite in modocompletamente automatico.

Per questo i carichi sono suddivisi in Casi e Gruppi.

Un Caso è costituito dai normali tipi di carico (peso proprio, folla, neve, vento, ecc.).

Un Gruppo rappresenta invece la qualità del tipo di carico, sono previsti Gruppi di CaricoPermanenti, Variabili, Sismici, Mobili, Elementi Precompressi.

Ad ogni Gruppo sono associati i coefficienti per le combinazioni secondo quanto prevede lanormativa.

Attraverso le combinazioni le varie condizioni sono aggregate tra loro al fine di ricercare lesituazioni di carico più gravose.

Se è definito più di un gruppo di carichi permanenti, le combinazioni di caricoprevedono casi di carico di un gruppo con il fattore di sicurezza superiorementre i casi di carico dell'altro gruppo sono calcolati con il fattore disicurezza inferiore.


Combinazione delle sollecitazioni secondo EC e NTC

Axis VM, a partire dai Casi e Gruppi di carico, calcola automaticamente le condizioni critiche dicarico, cioè i valori massimi e minimi che derivano dall’inviluppo di tutte le combinazionipossibili dei carichi.

Inoltre valuta contemporaneamente la condizione dei carichi verticali con la condizione dicarico per SLU, combinando i valori secondo i diversi coefficienti previsti dalla normativa.

Definendo i dati richiesti, si genera la tabella seguente in automatico, alleggerendo il compitoal progettista.


Elementi precompressi

Axis VM considera elementi precompressi costituiti da travi e nervature sia isolati, sia inseritiin una struttura più ampia, ad esempio un telaio.

La presenza di elementi precompressi crea due condizioni di carico specificatamente dedicatea questi elementi.

Casi di carico e gruppi dedicati agli elementi precompressiIl primo caso di carico tiene conto delle condizioni a tempo iniziale, quindi con la massimapretensione nei cavi.

Il secondo esamina la condizione a tempo infinito, cioè quando si sono realizzate tutte leperdite di carico nei cavi.

I due casi sono automaticamente combinati con gli altri casi di carico in modo alternativo alfine di individuare le massime sollecitazioni.

La fase di input prevede quindi la definizione della geometria delle travi e la disposizione deicavi di precompressione.


Presentazione del tracciato dei cavi di precompressione.

Disposizione dei cavi rispetto alla sezione trasversale e strumento per facilitare l'allineamentoI cavi possono essere di forma qualsiasi, giacenti su di un piano o nello spazio; il loro tracciatoè libero ed è introdotto in modo grafico, attraverso semplici e rapidi comandi agendo su puntiche definiscono la curva dei cavi.

Strumenti per il posizionamento dei cavi, in ordine dall'alto in basso:


1. cavi nel piano

2. cavi spaziali

3. aggiungere un punto di passaggio alla curva

4. eliminare un punto di passaggio dalla curva

Fase di input dei cavi in modo grafico.Spostando il cursore viene tracciato automaticamente il tracciato del cavo in modo darealizzare la minor resistenza a scorrimento.

Per la fase di aggiustamento è anche possibile utilizzare l'input numerico da tabella.

Definizione del processo di precompressione

E' possibile descrivere il processo di precompressione, tenendo conto della tipologia diancoraggi e delle perdite di carico dovute sia allo scorrimento dell'ancoraggio rispetto alsistema di blocco, sia lo spostamento dell'intero blocco rispetto alla trave.

L'ancoraggio è previsto da entrambi i lati o da un solo lato.

Opzione per tesatura sequenziale dei cavi

Il risultato del calcolo è costituto dalle sollecitazioni trasmesse dagli elementi precompressiagli altri elementi, dalla tensioni interne dei cavi e dai carichi equivalenti trasmessi dai caviagli elementi precompressi.


Risultati: in alto è riportata la tensione in un cavo, in basso il carico equivalente trasmesso daicavi agli elementi precompressi.

Vincoli esterni

Sono previsti tutti i vincoli possibili, comunque orientati nello spazio:

Vincoli puntuali lineari e non lineari

Vincoli elastici continui lineari e non lineari

Vincoli superficiali elastici lineari e non lineari

È possibile definire vincoli di contatto, cioè attivi solo in una direzione, anche acomportamento non lineare.

In questo modo è possibile simulare vincoli attivi in sola compressione, consentendo inquesto modo alla struttura di sollevarsi nel caso in cui la reazione sia rivolta verso il basso,cioè si manifesti una trazione sul terreno.

Questo caso si verifica spesso in strutture alte soggette a forti carichi sismici.


Per ogni grado di libertà è possibile definire la rigidezza di una molla ed i suoi valori estremi(0 in caso di assenza di vincolo, valore elevato per definire un incastro, valori intermedi perdefinire il vincolo elastico).

piano 2011 esempio di calcolo

Documents