Questo articolo riguarda l'uso di diaframmi rigidi orizzontali, che sono utilizzati principalmente per le solette in calcestruzzo. Questo tipo di modellazione offre diversi vantaggi. Uno dei vantaggi è che la velocità di calcolo è significativamente migliore, poiché le masse di ciascun piano sono concentrate in un punto. I risultati sono trasparenti, possono essere valutati piani per piano e possono essere documentati in un formato chiaramente organizzato.
Il programma RFEM offre le restrizioni nodali per questo scopo. Essi riguardano gli spostamenti e le rotazioni tra due o più nodi. Scarica il documento che descrive questa opzione in dettaglio sotto questo articolo.
Questo articolo descrive l'uso del diaframma rigido in RFEM mediante un esempio. La struttura è una costruzione di 4 piani, che è regolare nella vista frontale, ma non nella pianta. Le pareti sono incernierate alle solette.
Modellazione del diaframma rigido in RFEM
Le masse di ogni singolo piano sono concentrate nel suo centro di gravità. Per determinarlo, selezionare la funzione "Centro di gravità e informazioni ...", che è possibile aprire selezionando tutti gli oggetti nel piano utilizzando il menu di scelta rapida. Con questa opzione, è possibile generare un nodo nel baricentro del piano. Utilizzare inoltre questa opzione per determinare la massa del piano allo stesso tempo. Queste masse sono elencate nella tabella seguente. I nodi generati per ciascun piano devono quindi essere spostati sul diaframma delle solette (modifica della coordinata Z).
In questo esempio, sono stati definiti carichi permanenti aggiuntivi, carichi imposti e carichi da neve sulle superfici. Per essere in grado di considerarli successivamente, è necessario convertirli in una massa totale per piano.
| 3° Piano | 2° Piano | 1° Piano | Piano terra | Totale | |
| Peso proprio | 97.631,3 kg | 97.006,3 kg | 97.006,3 kg | 97.006,3 kg | 388.650,2 kg |
| Carichi fissi | 18.900.0 kg | 18.700,0 kg | 18.700,0 kg | 18.700,0 kg | 75.000,0 kg |
| Carichi imposti | 47.250,0 kg | 46.750,0 kg | 46.750,0 kg | 46.750,0 kg | 187.500,0 kg |
| Carichi da neve | 14.175,0 kg | 14.175,0 kg |
Quando tutte le masse sono state documentate, le solette (comprese tutte le aperture e i vincoli interni delle linee) possono essere eliminate e sostituite con le restrizioni nodali. Si consiglia di dividere le linee di collegamento delle pareti per mezzo di nodi in modo che la connessione possa essere modellata in modo più realistico. In questo esempio, abbiamo scelto la distanza di un elemento finito. L'immissione della restrizione nodale è mostrata nella figura 02. Selezioniamo "Vincolo diaframma" come tipo. Assicurarsi di selezionare anche il baricentro di ciascun piano.
Al fine di poter valutare, in un secondo tempo, i risultati ai nodi del baricentro, le aste di accoppiamento (cerniera-cerniera) sono definite, ciascuna verticalmente dal centro di gravità di un piano.
Se si definiscono le restrizioni nodali, è possibile inserire le masse nel modulo aggiuntivo RF-DYNAM Pro. A tale scopo, vengono creati tre casi di massa in cui sono inserite solo masse nodali definite manualmente (masse come elencato nella tabella). Le masse sono applicate al centro di gravità di ciascun piano.
Di seguito, si utilizzerà l'analisi con spettro di risposta con generazione di carichi equivalenti. L'analisi della vibrazione naturale viene eseguita con otto autovalori per la direzione X e Y. Con queste impostazioni, vengono calcolate tutte le forme modali disponibili, che sono tutte utilizzate anche per l'analisi con spettro di risposta. Così, si ottiene un coefficiente di massa modale efficace di 1.0 in entrambe le direzioni.
Valutazione dei risultati e confronto con la modellazione convenzionale
Le prime due forme modali sono identiche rispetto alla loro direzione nei due modelli considerati e differiscono solo leggermente nelle frequenze naturali. Nella figura 03, il modello convenzionale con solette è mostrato a sinistra e il modello con le restrizioni nodali è mostrato a destra. Viene visualizzata la prima forma modale.
Per valutare i risultati dell'analisi con spettro di risposta, è utile modellare un fascio di risultati, come spiegato in questo articolo. I risultati sono elencati nella seguente tabella. Per questo esempio, viene mostrata solo la direzione X (combinazione di risultati: inviluppo di risultati X).
| Modello con solette | Modello con restrizioni nodali | Deviazione | |
| Frequenza naturale (modalità 1) | 3.772 Hz | 3.478 Hz | 6,5% |
| Frequenza naturale (modalità 2) | 5.688 Hz | 5.472 Hz | 3,8% |
| Taglio trasversale 3° piano (Vz) | 138,8 kN | 178,4 kN | -28,5% |
| Taglio trasversale 2° piano (Vz) | 90,3 kN | 104,0 kN | -15,2% |
| Taglio trasversale 1° piano (Vz) | 56,9 kN | 62,0 kN | -9,0% |
| Taglio trasversale piano terra (Vz) | 28,9 kN | 25,4 kN | 12,1% |
| Spostamento orizzontale del 3° piano (in direzione X) | 0,9 mm | 1,1 mm | -22,2% |
I risultati differiscono leggermente, mentre il modello con restrizioni nodali ha forze o spostamenti generalizzati maggiori, specialmente al piano superiore, che sono leggermente più piccoli al piano più basso.
Questa modellazione rappresenta una semplificazione dell'intero sistema e presenta vantaggi in termini di prestazioni, ulteriore elaborazione e tracciabilità. Per la maggior parte delle analisi sismiche, questo metodo è molto adatto e rappresenta un'alternativa al metodo convenzionale.
