Considerazione delle fasi di costruzione in RFEM

Articolo tecnico

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Lo stato attuale dello sviluppo del software di analisi degli elementi finiti e della tecnologia informatica consente il calcolo di strutture più complesse. Sempre più frequentemente, il calcolo FE viene eseguito sull'intero modello. In questo contesto, possono apparire alcuni problemi pratici di costruzione. Uno di questi problemi è la considerazione di un processo di costruzione nel modello.

Definizione del problema

In generale, le strutture non sono prodotte in una volta sola, ma per gradi. Da un punto di vista strutturale, i singoli componenti strutturali sono combinati in una struttura durante il processo di costruzione. Al più tardi quando il processo di costruzione è completato, è disponibile la struttura progettata per lo stato finale. Prima di raggiungere lo stato finale e durante tutto il processo di costruzione, la struttura si trova in diversi stati di costruzione.

Quando gli elementi strutturali vengono aggiunti alla struttura nello stato strutturale, il loro peso proprio diventa attivo. Il peso proprio effettivo deve essere assorbito dalla struttura stessa o da strutture ausiliarie e derivato nel terreno. Questo vale anche per i carichi temporanei che possono verificarsi durante il processo di costruzione a seguito del metodo di costruzione utilizzato o a causa di fattori ambientali. Quali componenti strutturali agiscono e in quale sistema strutturale agiscono dipende anche dal metodo di costruzione e dal processo di costruzione. A seconda che la struttura o le singole parti siano utilizzate per il trasferimento del carico nello stato strutturale, i componenti strutturali della struttura sono già sottoposti a sollecitazioni prima dello stato finale, con conseguenti deformazioni.

Possibilità in RFEM

RFEM offre due opzioni essenziali per rappresentare o considerare gli stati strutturali nella costruzione di edifici. Da un lato, con il modulo aggiuntivo RF-STAGES, dall'altro, RFEM offre la possibilità di disattivare singoli elementi strutturali in casi di carico e combinazioni di carico.

Nel modulo aggiuntivo RF-STAGES, la struttura viene calcolata tramite i singoli stati di costruzione tramite FEM non lineare. Il metodo è in grado di considerare le non linearità e le ridistribuzioni dovute alla rimozione di elementi strutturali. Viene generato un sistema di equazioni, che viene quindi modificato e calcolato nei singoli stati a seconda delle specifiche effettuate. È un calcolo iterativo. Le condizioni di equilibrio devono essere soddisfatte per ogni stato.

[K (u)] ∙ {u} = {F}

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

In RFEM, è possibile disattivare singoli elementi strutturali (aste, superfici, solidi, supporti nodali, supporti di linea, supporti di superficie) per un caso di carico o una combinazione di carico. Con questa opzione, è possibile visualizzare semplici stati di costruzione, ad esempio un sistema lineare che si sta costruendo. Per ogni stato strutturale da considerare, è necessario creare un caso di autocarico separato o un caso di carico con i carichi permanenti. In RFEM, la scheda "Disattiva" deve essere attivata nei parametri di calcolo del caso di carico. Nella finestra di dialogo successiva, disattivare i rispettivi componenti strutturali che non sono ancora efficaci al momento della costruzione.

Figura 01 - 1 - Calculation Parameters of Load Case

Figura 02 - 2 - Deactivating Structural Parts

I risultati dei singoli stati possono essere sovrapposti successivamente in una combinazione di risultati. Quando si utilizza questa procedura, si noti che si tratta di una sovrapposizione lineare dei risultati dei singoli stati calcolati sul sistema non deformato.

Figura 03 - 3 - Result Combination

Confronto di opzioni con un esempio

Entrambi i metodi saranno confrontati tra loro usando un esempio comune di costruzione di edifici. L'esempio è una struttura in cemento armato a quattro piani, che è considerata in quattro stati. I singoli piani sono costruiti uno dopo l'altro, per cui nessun componente strutturale viene rimosso durante l'avanzamento della costruzione.

Figura 04 - 4 - RF-STAGES: Deformations at Final Stage

Figura 05 - 5 - RFEM: Deformations at Final Stage

Figura 06 - RFEM: Modello senza condizioni strutturali

Risultato (max uZ [mm] | modello):
7.06 | Modello con STADI RF
7.06 | Modello RFEM con stati strutturali
7.89 | Modello RFEM senza stati strutturali

Sommario

L'esempio mostra che è possibile visualizzare semplici stati strutturali della costruzione di edifici in RFEM disattivando gli elementi strutturali. Nonostante la metodologia fondamentalmente diversa, le stesse deformazioni sono determinate per la struttura in RFEM e RF-STAGES. L'esempio mostra anche che la considerazione degli stati strutturali per una struttura a quattro piani ha un'influenza notevole sulle deformazioni dovute a autocarichi e carichi di costruzione. Tenendo conto degli stati strutturali, le deformazioni sono circa il dieci percento più piccole rispetto al calcolo sull'intero modello.





Parole chiave

Fasi di costruzione Progressi di costruzione Storia dell'edificio Metodi di costruzione BIM

Bibliografia

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

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Modulo aggiuntivo

Considerazione delle stadi di costruzione durante le fasi di realizzazione

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