BIM en ingeniería estructural:

Artículo técnico

El uso cada vez mayor del método BIM en la planificación de edificios también abre nuevas posibilidades para los diseñadores estructurales. Una vez que se haya creado un modelo 3D completo de un edificio, nos gustaría continuar usándolo para cálculos estáticos y obtener el máximo beneficio de él. Pero también hay algunos nuevos desafíos para el ingeniero estructural y el software utilizado, que se tratarán en este artículo.

Eliminación de componentes no estructurales.

Uno de los beneficios clave de los modelos BIM 3D es que toda la información se almacena de forma centralizada en una base de datos. Suponiendo que inicialmente el arquitecto crea un borrador de un edificio, el enfoque no se centra principalmente en la estructura estática. El enfoque de su trabajo se centra principalmente en el uso y diseño del edificio y el cumplimiento de un presupuesto en estrecha colaboración con el cliente. En base a esto, se diseñan las estructuras de soporte necesarias para el edificio. Este modelo estructural representa, por así decirlo, el esqueleto de carga de un edificio y es de particular interés para el ingeniero estructural. Las partes no estructurales restantes del edificio son para él insignificantes (por ejemplo, detalles de puertas y ventanas, construcción precisa de pisos, instalación eléctrica y de plomería, etc.) o máximo para los supuestos de carga importantes. Por lo tanto, solo una parte del modelo BIM debe evaluarse para el ingeniero estructural y debe separar los objetos estadísticamente relevantes de los no relevantes. Sin embargo, la información sobre si un componente presente en el modelo BIM contribuye o no a la estática de la estructura no es necesariamente inherente a cada modelo BIM y debe ser entregada al modelo por el ingeniero estructural o debe ser filtrada por medio de filtros apropiados Retirar el modelo estructural. Existe un software BIM en el mercado, que ya permite que los elementos arquitectónicos marquen componentes como que soportan carga. Suponiendo que el arquitecto considere que es su tarea hacer esta marca, esto facilita una transferencia automatizada del modelo al software estático.

Modelo de estructura física y modelo de análisis idealizado.

Una vez que los componentes de soporte se han eliminado del modelo BIM global, está presente el modelo estructural físico, que corresponde en posición y forma al modelo real (volumen) posterior. Sin embargo, debido a las capacidades computacionales limitadas y las simplificaciones necesarias para los cálculos, no todos los componentes se calculan generalmente como modelos de volumen, sino que se reducen a elementos de barra y superficie cuyos resultados (por ejemplo, tamaños de sección de barra y superficie) también se refieren a los estándares actuales. El uso de modelos sólidos por lo general se limita a componentes muy gruesos o al análisis de subáreas especiales como una conexión de construcción de acero, en la que se mapean detalles como tornillos, soldaduras o condiciones de contacto. La reducción a barras y superficies plantea la cuestión de la posición de los ejes pesados de estos componentes y cómo se conectan entre sí. Debido a diferentes alturas de componentes, espacios en blanco y conexiones, bajo ciertas circunstancias no es coherente, pueden surgir modelos de línea de gravedad conectados en un punto, que deben adaptarse más para servir como modelo de cálculo analítico. Esto plantea más preguntas para el ingeniero estructural.

  • ¿Dónde deberían estar las líneas del sistema?
  • ¿Cómo lidiar con cualquier excentricidad de barra y área?
  • ¿Es necesario acortar o alargar las líneas del sistema y qué impacto tiene eso en la carga (peso muerto, cargas de línea, cargas de área, etc.)?
  • ¿Es suficiente modelar utilizando nudos analíticos simples, o necesita construir modelos avanzados que puedan adaptarse a la ingeniería (por ejemplo, el soporte solo se conectará al techo en un nodo)? Problema de singularidades)?
  • ¿Las conexiones de las barras y las superficies son articuladas, ceder o rígidas?
  • ¿Qué posiciones deben entenderse como soportes con qué condiciones de almacenamiento?
  • Si es necesario, subdivida las barras o áreas para obtener un modelo de análisis significativo.

Al decidir sobre todos estos problemas, el software generalmente puede proporcionar poco apoyo, y esas decisiones deben ser tomadas en última instancia por el ingeniero estructural. Sin embargo, una nueva tendencia en software de arquitectura y diseño es que los programas estáticos ya están incluidos en los programas y, a veces, también se forman automáticamente. La ventaja es que, una vez definidos correctamente, los sistemas estáticos básicos pueden transferirse a un programa de análisis estructural, idealmente, incluyendo la carga, sin necesidad de realizar modificaciones importantes.

El requisito previo para esto, sin embargo, es que este software BIM sea operado por usuarios que también tienen un conocimiento adecuado de las estadísticas y la aplicación del programa de cálculo. Desde un punto de vista tradicional, esta circunstancia es a menudo una razón por la cual el intercambio de datos y, por lo tanto, el flujo de trabajo BIM se estanca debido a las responsabilidades habituales de las empresas de arquitectura y oficinas de estadística en Alemania. Después de todo, al arquitecto no se le paga para crear el modelo estático.

Aspectos especiales del modelado.

Cuando se fabrican modelos de elementos finitos, pueden requerirse estructuras auxiliares especiales en las transiciones de las superficies a los elementos de barra o, por ejemplo, en vigas. Estos diseños auxiliares requieren una revisión manual de las estructuras importadas. Esto conduce inevitablemente al hecho de que el modelo BIM inicial y el modelo de análisis idealizado se alejan aún más y la asignación de componentes relacionados en los programas de usuario de diferentes disciplinas es considerablemente más difícil.

Este problema se refleja especialmente en el ajuste de los cambios en ambos modelos. A menudo, las varillas de acoplamiento rígidas se utilizan para acoplar componentes conectados de manera fija en el modelado estático. Dependiendo de la implementación en el software estático, estos tipos de barras especiales pueden llevar a problemas numéricos si estas barras son muy cortas y muy rígidas. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a la formación automática de dichos elementos de acoplamiento a partir del software BIM. Un problema grande y, a veces, no fácil de reconocer puede representar componentes supuestamente conectados en un modelo de análisis. Las inexactitudes en el modelado en el software BIM o las restricciones de precisión numérica también pueden dar como resultado nodos FEM muy cercanos. Esto puede causar dificultades en la red o proporcionar componentes conectados, que luego no están conectados en el modelo de computadora. Esto da lugar a resultados de cálculo incorrectos. Por lo tanto, se debe prestar especial atención al control del modelo importado.

Suposiciones de carga y combinaciones de carga

En algunas aplicaciones BIM también es posible especificar cargas y combinaciones de carga. La determinación de, por ejemplo, los perfiles de carga de viento, cargas de nieve o cargas de presión de tierra se ha vuelto considerablemente más compleja debido a los Eurocódigos recientemente introducidos en los últimos años. Lo mismo se aplica a las reglas para formar combinaciones de carga según diferentes situaciones de diseño. Por naturaleza, los programas de análisis estructural son más adecuados, más versátiles y ofrecen herramientas integrales de generación. Por lo tanto, es obvio que la entrada de carga y la combinatoria se realizan en la aplicación estática. Si las cargas y combinaciones resultantes se vuelven a escribir en un modelo BIM, los parámetros que subyacen a la generación automática generalmente se pierden y, por lo tanto, falta la inteligencia de los objetos de carga en caso de cambios adicionales.

Aspectos del cálculo de las estructuras.

Si un modelo de análisis adecuado se deriva del modelo BIM, se puede calcular en el software estático. Hay que decidir qué teoría de cálculo y qué modelos de materiales se utilizan. Después del cálculo, puede ser necesario ajustar el modelo y surgir variantes del modelado o agregar o eliminar nuevos elementos. Las juntas y soportes deben ser revisados. Para el diseño de la estructura se deben hacer suposiciones adicionales y se deben ingresar los parámetros. Las secciones transversales y las dimensiones pueden cambiar. La idea clásica de BIM requeriría que estos presets y supuestos se almacenen también en el modelo BIM central. Sin embargo, actualmente esto no es completamente factible y no se admite en las interfaces habituales o solo es posible con la pérdida de inteligencia de los objetos.

La consideración de las fases de construcción juega un papel muy importante en los modelos espaciales y decide sobre la utilidad de los resultados de cálculo. Por lo tanto, es esencial determinar antes del cálculo si un cálculo en el modelo general requiere la consideración de las fases de construcción o, si es necesario, las secciones de submodelos deben calcularse. En este contexto, se debe mencionar que BIM no significa automáticamente que siempre se calcula espacialmente todo el modelo de construcción. Una buena estrategia también puede ser extraer sucesivamente los elementos estáticos individuales de un modelo global BIM y calcularlos por separado.

Cambios en el modelo BIM debido al cálculo estático.

Una vez finalizado el cálculo, se pueden producir cambios en el material y en la sección transversal o se pueden mover, quitar o agregar componentes como apósitos o viguetas. Estos cambios deben reflejarse en el modelo BIM y actualizarse. Pero, ¿qué sucede si hay que hacer y comparar cambios en el modelo BIM original? ¿Cómo decides qué estado de cambio es el último? Este proceso debe regirse por las reglas y los cambios deben ser aprobados por el personal responsable. Al mismo tiempo, se debe garantizar que los cambios en el modelo BIM se importen después de la importación en el software estático. Puede haber cambios en la misma parte al mismo tiempo en el modelo BIM y en el modelo de análisis. Dichas situaciones se pueden mitigar a través de bloqueos en el modelo o acuerdos de las partes involucradas. Una transferencia automatizada de cambios de perfil, grosores de superficie o la adición y eliminación de nuevos componentes en el otro modelo generalmente es factible y es compatible, por ejemplo, con el software Dlubal. Se debe tener en cuenta que las actualizaciones resultantes de las estadísticas no sobrescriben otra información en el modelo BIM que no es estáticamente relevante.

Interfaz IFC y acoplamiento directo de software.

Para una planificación consistente, se necesitan interfaces que funcionen. Si uno tiene acceso abierto a los datos de los programas de intercambio a través de interfaces programables, entonces estos pueden acoplarse directamente sin tener que intercambiar archivos. Ambos programas deben estar instalados en la misma computadora. La implementación de tales interfaces es muy flexible y no está vinculada a la sintaxis y los modelos de datos de los formatos de interfaz generales, ya que son necesarios para el intercambio de archivos. Cuando se intercambian datos sobre formatos de archivo neutrales e independientes del fabricante, el formato IFC juega un papel importante.

Si un software está certificado por IFC, esto no significa necesariamente que la transferencia a software estático también sea posible. Actualmente, una certificación solo está disponible para la "Vista de coordinación". Esto describe, ante todo, la geometría de la estructura basada en modelos sólidos, es decir, el modelo de estructura física discutido anteriormente. Para el modelo estático, se proporciona la llamada "Vista de análisis estructural", que también permite la transferencia de rodamientos, juntas y cargas. En el caso del intercambio de datos basado en IFC basado en un programa de arquitectura, es necesario verificar qué vista se puede exportar.

Resumen y conclusión

Los modelos BIM 3D ayudan al ingeniero estructural a comprender estructuras complejas y generar modelos de análisis más rápido a través de la adquisición de datos. En general, el modelo BIM y el modelo de análisis son diferentes y no son geométricamente idénticos. Los modelos de análisis generados automáticamente deben examinarse cuidadosamente y el cálculo en el modelo global puede requerir la consideración de las fases de construcción. Las estadísticas pueden requerir modelos especiales en puntos específicos y, por lo general, requieren información adicional que no se puede almacenar o limitar únicamente en el modelo BIM. Debido a los posibles cambios durante la fase de planificación, deben definirse las reglas, quién puede realizar cambios cuándo y dónde en el modelo. Los programas BIM y BIM requieren un conocimiento más amplio y completo de todas las fases de diseño de arquitectos e ingenieros estructurales, la disposición a repensar las divisiones tradicionales de trabajo y comprender la tarea de planificación como trabajo en equipo. La aceptación de una sobrecarga inicial y manejable, mientras que también piensa en el paso de planificación posterior, puede resultar en ahorros significativos y mejores resultados de planificación. Las oficinas de diseño que se han dedicado al proceso BIM en los últimos años lo confirman. No solo por esto, sino también porque las autoridades contratantes prescriben BIM como un método de planificación, BIM continuará difundiéndose en los próximos años. El diseño estructural es una parte integral e integral de Building Information Modeling y, por lo tanto, el software de análisis estructural habilitado por BIM y el manejo de los modelos generales serán más importantes.

El software de Dlubal está alineado con el proceso de planificación basado en BIM, ofreciendo una variedad de formatos de interfaz y conexiones directas a los productos de software BIM populares. A través de una interfaz abierta y programable, el software se puede integrar sin problemas en los procesos de planificación específicos de la empresa. Esto permite la automatización de tareas de modelado y el procesamiento de resultados de cálculo.

Palabras clave

intercambio de datos bim ifc revit

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