Concetto strutturale e stabilità
Quando si avvia un progetto di costruzione, è necessario considerare come dovrebbe funzionare una struttura. Sorgono problemi come le distanze massime possibili di colonne e travi, le posizioni dei controventi del tetto e delle pareti e l'esecuzione delle fondazioni. È necessario creare la struttura portante dell'edificio.
Anche per gli edifici che sembrano avere una struttura semplice, possono sorgere domande sul fatto che siano necessari elementi di irrigidimento o come sia possibile sistemarli in modo ottimale. Il lavoro nella pianta, nella vista e nella sezione non semplifica la comprensione del trasferimento del carico e dei percorsi del carico. Infine, un modello 3D ti aiuta a avere un'idea migliore di dove si trovano le forze e dove vengono trasferite alle fondazioni. La comprensione della funzione della struttura è, quindi, la base per una pianificazione efficiente dell'intera struttura. Il rilevamento dei deficit di stabilità è importante anche per motivi di sicurezza.
In un modello 2D planare semplificato, i problemi di stabilità come l'instabilità dal piano o il semplice ribaltamento sono esclusi per definizione. Tali problemi non si verificano durante il calcolo e possono quindi essere trascurati. Nel caso di calcoli tridimensionali, l'ingegnere strutturista è costretto a considerare i meccanismi di rottura spaziale. Pertanto, nella maggior parte dei casi, gli errori nella progettazione strutturale sono inevitabilmente rilevati durante il calcolo.
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In un modello 3D, quindi, è possibile valutare meglio un cedimento per stabilità globale sull'intero modello.
Building Information Modeling fornisce modelli 3D
L'uso di moderni metodi di pianificazione come il Building Information Modeling si basa su modelli 3D. Questi costituiscono anche la base dell'analisi strutturale e della progettazione e possono fornire modelli di input ben idealizzati per il calcolo. Il modello 3D per l'analisi strutturale e la progettazione è quindi già incluso nel caso ideale e puoi risparmiare tempo.
Per molti casi di una progettazione preliminare o di una semplice valutazione strutturale per trovare la struttura giusta, questo può essere un metodo molto rapido e utile. Un'altra tendenza è verso la pianificazione della progettazione completamente parametrica, in cui l'analisi strutturale è completamente accoppiata con il software di architettura. Modificando in modo specifico i parametri, è possibile verificare e calcolare automaticamente molte opzioni.
2D è insufficiente per tutte le strutture e i tipi di edifici
Se l'edificio non può essere diviso facilmente in sottostrutture in cui il trasferimento del carico è chiaro, spesso non c'è altro modo che utilizzare un modello 3D. Non tutti gli edifici seguono una griglia regolare. Ciò rende il trasferimento del carico complicato e difficile da controllare. Poiché ci sono incertezze, lavoriamo con ipotesi di carico massimo per essere sicuri. Tuttavia, questo porta a risultati antieconomici.
La simulazione delle azioni sull'intero modello è spesso più chiara e semplice
I programmi di calcolo 3D possono generare automaticamente carichi per azioni come peso proprio, vento e neve per forme di edifici standardizzate. Il prerequisito è conoscere le dimensioni dell'edificio. Se si utilizzano interi modelli, è possibile derivare facilmente queste dimensioni dal modello. È possibile applicare automaticamente i profili di carico del vento e della neve alla struttura. Quando si modifica la geometria, i carichi cambiano automaticamente. Le simulazioni in una galleria del vento digitale sono possibili solo con i modelli 3D.
L'analisi dinamica dei modelli 2D è spesso insufficiente
Quando si eseguono calcoli sismici o altre analisi dinamiche, si verificano forme modali spaziali che sono state prese in considerazione.
Allo stesso modo, è necessario sovrapporre le eccitazioni sismiche nelle direzioni x e y di conseguenza. I carichi torsionali accidentali svolgono un ruolo. Pertanto, è possibile evitare l'utilizzo di modelli 3D solo nei casi più semplici.
Flessibilità per le modifiche
Il processo di pianificazione è contrassegnato da modifiche. Per il processo di costruzione, è importante sapere sempre cosa è possibile fare nell'analisi strutturale e nella progettazione e cosa è necessario modificare. Nell'analisi strutturale tradizionale, ciò può significare che tutte le ipotesi di carico devono essere riconsiderate.
Nel caso di un modello strutturale 3D completo, le forze variabili sono automaticamente incluse nel sistema e trasferite da un componente all'altro. Quando si esegue un nuovo calcolo, tutti i progetti vengono aggiornati. Lo sforzo di input inizialmente possibilmente maggiore è solitamente compensato.
Condizioni del vincolo problematiche durante la creazione di modelli parziali
Quando si estraggono i modelli parziali dal modello complessivo, è necessario assegnare le definizioni dei vincoli esterni ai punti di collegamento del modello parziale. Poiché le rigidezze in questi punti di collegamento non sono note nella maggior parte dei casi o possono essere determinate solo con difficoltà, per semplificazione vengono utilizzati supporti incernierati o rigidi. Queste ipotesi sono solo parzialmente corrette e portano inevitabilmente a risultati diversi rispetto ai modelli che ottengono le rigidezze in questi punti di collegamento dal modello generale.
Analisi strutturale dettagliata utile solo come modello 3D
L'uso di modelli a guscio 3D, ad esempio nella progettazione di collegamenti in acciaio, è lo stato dell'arte. Senza una soluzione 3D, tali analisi non sarebbero possibili. In questi casi di applicazione, l'utilizzo di modelli 3D non è affatto messo in discussione, ma è effettivamente necessario. Pertanto, è incomprensibile perché i calcoli 3D non dovrebbero essere utilizzati per il calcolo di interi edifici.
Effetti collaterali del mondo 3D
In molti casi, un modello di calcolo 3D illustra il risultato in modo molto più chiaro rispetto a un numero di modelli parziali più piccoli. È possibile comprendere meglio il comportamento strutturale, ad esempio, con rappresentazioni visualizzate di spostamenti generalizzati, tensioni e forze.
Questi modelli forniscono anche un'impressione professionale sulle parti coinvolte e garantiscono la buona reputazione dell'ingegnere strutturista. È anche possibile utilizzare questi modelli per le determinazioni della massa iniziale e le stime dei costi. Grazie alla flessibilità menzionata, è possibile ottimizzare la forma, la funzione e il peso.
Sommario
Ci sono molte ragioni per cui consigliamo di utilizzare i modelli 3D nell'analisi strutturale e nella progettazione. Tuttavia, 2D e 3D non competono, ma si completano a vicenda. Naturalmente, ci sono anche casi semplici in cui un modello 3D non ha vantaggi e determina i risultati corretti. In entrambi i casi, è l'ingegnere che decide quale modellazione scegliere.
