Concetto strutturale e stabilità
Quando si avvia un progetto di costruzione, è necessario considerare come una struttura dovrebbe funzionare. Sorgono problemi come le distanze massime possibili di colonne e travi, le posizioni dei controventi di copertura e delle pareti e l'esecuzione delle fondazioni. Devi creare la struttura portante dell'edificio.
Anche per gli edifici che sembrano avere una struttura semplice, possono sorgere dubbi sul fatto che siano necessari elementi di irrigidimento o come è possibile disporli in modo ottimale. Il lavoro nella pianta, nella vista e nella sezione non semplifica davvero la comprensione del trasferimento del carico e dei percorsi di carico. Infine, un modello 3D ti aiuta ad avere un'idea migliore di dove si trovano le forze e dove vengono trasferite alle fondazioni. Capire la funzione della struttura è, quindi, la base per una pianificazione efficiente dell'intera struttura. Il rilevamento dei deficit di stabilità è anche importante per ragioni di sicurezza.
In un modello 2D piano semplificato, i problemi di stabilità come l'instabilità dal piano o il semplice ribaltamento sono esclusi per definizione. Tali problemi non si verificano durante il calcolo e possono quindi essere trascurati. Nel caso di calcoli tridimensionali, l'ingegnere strutturale è costretto a considerare i meccanismi di rottura spaziale. Così, gli errori nella progettazione strutturale sono inevitabilmente rivelati durante il calcolo nella maggior parte dei casi.
In un modello 3D, è possibile quindi valutare meglio un guasto di stabilità globale sull'intero modello.
Building Information Modeling fornisce modelli 3D
L'uso di metodi di pianificazione moderni come il Building Information Modeling si basa su modelli 3D. Questi costituiscono anche la base dell'analisi strutturale e della progettazione e possono fornire modelli di input ben idealizzati per il calcolo. Il modello 3D per l'analisi strutturale e la progettazione è quindi già incluso nel caso ideale e si può risparmiare tempo.
Per molti casi di un progetto preliminare o di una semplice valutazione strutturale per trovare la giusta struttura, questo può essere un metodo molto rapido e utile. Un altro trend è verso la progettazione completamente parametrica, dove l'analisi strutturale è completamente accoppiata con il software di architettura. Modificando specificamente i parametri, è possibile verificare e calcolare automaticamente molte opzioni.
2D è insufficiente per tutte le strutture e i tipi di edifici
Se l'edificio non può essere diviso facilmente in sottostrutture in cui il trasferimento del carico è chiaro, spesso non c'è altro modo che utilizzare un modello 3D. Non tutti gli edifici seguono una griglia regolare. Ciò rende il trasferimento del carico complicato e difficile da controllare. Poiché ci sono incertezze, lavoriamo con le ipotesi di carico massimo per essere al sicuro. Tuttavia, questo porta a risultati antieconomici.
La simulazione delle azioni sull'intero modello è spesso più chiara e semplice
I programmi di calcolo 3D possono generare automaticamente carichi per azioni come peso proprio, vento e neve per forme di edifici standardizzate. Il prerequisito è che si conoscano le dimensioni dell'edificio. Se si utilizzano interi modelli, è possibile ricavare facilmente queste dimensioni dal modello. È possibile applicare automaticamente i profili di carico del vento e della neve alla struttura. Quando si cambia la geometria, i carichi cambiano automaticamente. Le simulazioni in una galleria del vento digitale sono possibili solo con modelli 3D.
L'analisi dinamica dei modelli 2D è spesso insufficiente
Quando si eseguono calcoli sismici o altre analisi dinamiche, si verificano forme modali spaziali che si sono prese in considerazione.
Allo stesso modo, devi sovrapporre di conseguenza le eccitazioni sismiche nelle direzioni x ed y. I carichi torsionali accidentali hanno un ruolo. Pertanto, è possibile evitare di utilizzare modelli 3D solo nei casi più semplici.
Flessibilità per i cambiamenti
Il processo di pianificazione è contrassegnato da modifiche. Per il processo di costruzione, è importante che tu sappia sempre cosa è possibile fare nell'analisi strutturale e nella progettazione e cosa devi cambiare. Nell'analisi strutturale tradizionale, questo può significare che tutte le ipotesi di carico devono essere riconsiderate.
Nel caso di un modello strutturale 3D completo, le forze cambianti sono automaticamente incluse nel sistema e trasferite da un componente all'altro. Quando si esegue un nuovo calcolo, tutti i progetti vengono aggiornati. Lo sforzo di input inizialmente possibilmente più alto è in genere compensato.
Condizioni del vincolo esterno problematiche durante la creazione di modelli parziali
Quando si estraggono modelli parziali dal modello generale, è necessario assegnare le definizioni dei vincoli ai punti di connessione del modello parziale. Poiché le rigidezze in questi punti di collegamento non sono note nella maggior parte dei casi o possono essere determinate solo con difficoltà, per la semplificazione si utilizzano supporti incernierati o rigidi. Queste ipotesi sono solo parzialmente corrette e portano inevitabilmente a risultati diversi rispetto ai modelli che ottengono le rigidezze in questi punti di collegamento dal modello complessivo.
Analisi strutturale dettagliata utile solo come modello 3D
L'uso di modelli di gusci 3D, ad esempio nella progettazione di collegamenti in acciaio, è all'avanguardia. Senza una soluzione 3D, tali analisi non sarebbero possibili. In questi casi di applicazione, l'utilizzo di modelli 3D non è affatto in discussione, ma è effettivamente necessario. Pertanto, è incomprensibile il motivo per cui i calcoli 3D non dovrebbero essere utilizzati per il calcolo di interi edifici.
Effetti collaterali del mondo 3D
In molti casi, un modello di calcolo 3D mostra il risultato molto più chiaramente di un numero di modelli parziali più piccoli. È possibile comprendere meglio il comportamento strutturale, ad esempio, con le rappresentazioni visualizzate di deformazioni, tensioni e forze.
Questi modelli forniscono anche un'impressione professionale alle parti coinvolte e garantiscono una buona reputazione dell'ingegnere strutturista. È inoltre possibile utilizzare questi modelli per le determinazioni della massa iniziale e le stime dei costi. Grazie alla flessibilità menzionata, è possibile ottimizzare forma, funzione e peso.
Sommario
Ci sono molte ragioni per cui consigliamo di utilizzare i modelli 3D nell'analisi strutturale e nella progettazione. Tuttavia, 2D e 3D non sono in concorrenza, ma si completano a vicenda. Naturalmente, ci sono anche casi semplici in cui un modello 3D non ha vantaggi e determina i risultati corretti. In entrambi i casi, è l'ingegnere a decidere quale modellazione scegliere.
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