Considerazione delle fasi di costruzione in RFEM

Articolo tecnico

Lo stato attuale di sviluppo di software agli elementi finiti e calcolatori consente il calcolo di strutture sempre più complesse, effettuato su di un unico intero modello. Ciò determina la presenza di alcune problematiche pratiche di costruzione, come quella relativa alla considerazione delle fasi di costruzione nel modello.

Introduzione

Generalmente, gli edifici sono costruiti in diverse fasi combinando le diverse parti strutturali durante l'erezione. Alla fine del processo costruttivo, si avrà l'edificio finale che prima di raggiungere il suo aspetto definitivo, dovrà quindi affrontare le varie fasi di costruzione.

Durante l'aggiunta delle parti strutturali, il loro peso proprio (degli elementi strutturali o delle strutture ausiliari) è attivo. Ciò vale anche per i carichi temporanei e degli agenti atmosferici presenti durante la costruzione. Anche il metodo costruttivo influenza quali parti strutturali sono coinvolte, che sono già soggette a deformazioni prima del raggiungimento dello stadio finale.

Opzioni in RFEM

RFEM offre due opzioni per la visualizzazione e la considerazione delle fasi di costruzione: il modulo aggiuntivo RF-STAGES e la disattivazione dei singoli elementi strutturali in casi e combinazioni di carico.

Il modulo aggiuntivo RF-STAGES analizza la struttura in fasi di costruzione singole usando un calcolo FEM non-lineare. Questo metodo consente di considerare le non-linearità e le ridistribuzioni dovute alla rimozione degli elementi strutturali. Viene creato un sistema di equazioni, che viene poi modificato e calcolato nelle singole fasi di costruzione in funzione delle impostazioni di configurazione, attraverso un calcolo iterativo. Le condizioni di equilibrio vengono raggiunte per ogni fase.

[K(u)] ∙ {u} = {F}

K... matrice di rigidezza
{u}... vettore di deformazione
{F}... vettore forza

In RFEM, è possibile disattivare i singoli elementi strutturali (aste, superfici, solidi, vincoli esterni dei nodi e delle linee, vincoli superficiali) per casi o combinazioni di carico. Ciò consente di visualizzare fasi di costruzione semplici come, ad esempio, sistemi costruttivi lineari. Per ogni fase di costruzione da considerare, è necessario creare un caso di carico separato permanente. In RFEM, è possibile spuntare la casella di controllo "Disattiva" nei parametri di calcolo del caso di carico e disattivare le singole parti strutturali che non sono presenti durante la fase di costruzione in esame.

Figura 01 - Calculation Parameters of Load Case

Figura 02 - Deactivating Structural Parts

I risultati delle singole fasi di costruzione possono essere combinati successivamente in una combinazione di risultati. In questo caso si avrà una combinazione lineare dei risultati delle singole fasi, calcolati sul sistema non deformato.

Figura 03 - Result Combination

Confronto di entrambe le opzioni in un esempio

Si considera un edificio di quattro piani in calcestruzzo armato, progettato in quattro fasi per la costruzione dei relativi impalcati, e quindi senza la rimozione di parti strutturali durante l'erezione.

Figura 04 - RF-STAGES: Deformations at Final Stage

Figura 05 - RFEM: Deformations at Final Stage

Figura 06 - RFEM: Model Without Construction Stages

Risultati
max uZ [mm] | Modello
7.06 | Modello in RF-STAGES
7.06 | Modello RFEM con fasi di costruzione
7.89 | Modello RFEM senza fasi di costruzione

Sommario

L'esempio mostra la possibilità di visualizzare le fasi della costruzione di un edificio in RFEM disattivando gli elementi strutturali. Nonostante i differenti metodi adottati, le deformazioni della struttura sono uguali in RFEM e in RF-STAGES. Inoltre, l'esempio mostra che la considerazione delle fasi di costruzione per un edificio di quattro piani ha un effetto evidente sulle deformazioni, di circa il 10% inferiore rispetto al calcolo dell'intero modello.

Bibliografia

[1] Barth, C. & Rustler, W. (2013). Finite Elemente in der Baustatik-Praxis (1st ed.). Berlin: Beuth.
[2] Langhammer, A. (2013). Berechnung und Modellierung von Systemänderungen im Zuge von Bauzuständen im Rahmen von Finite-Elemente-Lösungen (Dissertation). Dresden: Hochschule für Technik und Wirtschaft.

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    Modulo aggiuntivo

    Considerazione delle stadi di costruzione durante le fasi di realizzazione