Questo articolo si occupa dell'uso di diaframmi rigidi orizzontali, che sono utilizzati principalmente per solai in calcestruzzo. Questo tipo di modellazione offre diversi vantaggi. Uno dei vantaggi è che la velocità di calcolo è significativamente migliore, perché le masse di ogni piano sono concentrate in un punto. I risultati sono trasparenti e possono essere valutati piano per piano, oltre ad essere documentati in un formato chiaramente organizzato.
RFEM offre vincoli nodali per questo scopo. Essi riguardano gli spostamenti e le rotazioni tra due o più nodi. Sotto questo articolo, è possibile scaricare il documento che descrive questa opzione in dettaglio.
Questo articolo descrive l'uso di diaframmi rigidi in RFEM tramite 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 di diaframmi rigidi in RFEM
Le masse di ogni singolo piano sono concentrate nel suo baricentro. 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 centro di gravità del piano. È anche possibile utilizzare questa opzione per determinare contemporaneamente la massa del piano. Queste masse sono elencate nella tabella seguente. I nodi generati per ogni piano devono quindi essere spostati sul diaframma dei solai (modifica della coordinata Z).
In questo esempio, sono stati definiti carichi permanenti aggiuntivi, carichi imposti e carichi da neve sulle superfici. Per poterli considerare in seguito, devi convertirli in una massa totale per piano.
| 4° piano | 3° piano | 2° piano | ec | Somma | |
|---|---|---|---|---|---|
| Peso proprio | 97.631,3 kg | 97.006,3 kg | 97.006,3 kg | 97.006,3 kg | 388.650,2 kg |
| Carico fisso | 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 (103.066,1 lb) | 46.750,0 kg (103.066,1 lb) | 46.750,0 kg (103.066,1 lb) | 187.500,0 kg |
| Carichi di 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 il collegamento possa essere modellato in modo più realistico. In questo esempio, abbiamo scelto la distanza di un elemento finito. L'immissione del vincolo nodale è mostrato nell'immagine 02. Selezioniamo "Vincolo del diaframma" come tipo. Assicurati di selezionare anche il baricentro di ogni piano.
Per essere in grado di valutare i risultati ai nodi dei centri di gravità, vengono definite le aste di accoppiamento (cerniera-cerniera), 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 vengono inserite solo le masse nodali definite manualmente (masse come elencate nella tabella). Le masse sono applicate al centro di gravità di ogni piano.
Nel testo seguente, verrà utilizzata l'analisi con spettro di risposta con generazione di carichi equivalenti. L'analisi delle vibrazioni naturali viene eseguita con otto autovalori per le direzioni 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 vincoli 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 raggio risultante, come spiegato in questo articolo:
KB 1521 | Determinazione del taglio alla base per carichi sismici
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 solai | Modello con vincoli nodali | Deviazione | |
|---|---|---|---|
| Frequenza naturale (Modo 1) | 3.772 Hz | 3.478 Hz | 6,5% |
| Frequenza naturale (Modo 2) | 5.688 Hz | 5.472 Hz | 3,8% |
| Taglio trasversale secondo piano 3 (Vz) | 138,8 kN | 178,4 kN | -28,5% |
| Taglio trasversale secondo piano 2 (Vz) | 90,3 kN | 104,0 kN | -15,2% |
| Taglio trasversale secondo piano 1 (Vz) | 56,9 kN | 62,0 kN | -9,0% |
| Taglio trasversale primo piano (Vz) | 28,9 kN | 25,4 kN | 12,1% |
| Deriva del piano secondo piano 3 (in direzione X) | 0,9 mm (0,03 pollici) | 1,1 mm | -22,2% |
I risultati differiscono leggermente; il modello con i vincoli nodali ha forze o deformazioni maggiori soprattutto al piano superiore, che sono leggermente inferiori al piano più basso.
Questa modellazione rappresenta una semplificazione dell'intero sistema e presenta vantaggi in termini di prestazioni, ulteriore elaborazione e tracciabilità. Questo metodo è molto adatto alla maggior parte delle analisi sismiche e rappresenta un'alternativa al metodo convenzionale.
