Concetto statico e stabilità
All'inizio di un progetto edilizio, vengono considerazioni dettagliate su come deve funzionare una struttura portante. Si pongono domande come la distanza massima possibile tra pilastri e travi, la posizione dei rinforzi del tetto e delle pareti, l'esecuzione delle fondamenta. La struttura portante dell'edificio deve essere progettata.
Anche in edifici apparentemente semplici, possono insorgere domande sull'eventuale eliminazione di elementi di irrigidimento o sulla loro disposizione ottimale. Il lavoro in pianta, vista e sezione non facilita la comprensione del trasferimento dei carichi e dei percorsi dei carichi. In definitiva, si può immaginare meglio, tramite un modello 3D, dove si distribuiscono le forze e come vengono trasferite alle fondamenta. Comprendere la funzione della struttura portante è quindi fondamentale per una pianificazione economica dell'intera costruzione. Identificare i deficit di stabilità è inoltre rilevante per la sicurezza.
In un modello 2D semplificato e piano, problemi di stabilità come un'estroversione dal piano o un semplice ribaltamento sono esclusi per definizione. Tali problemi non si verificano nel calcolo e possono quindi essere trascurati. Nelle analisi tridimensionali, tuttavia, il progettista della struttura è costretto a considerare i meccanismi di cedimento spaziale. In questo modo, eventuali errori nella concezione della struttura emergono inevitabilmente nella maggior parte dei casi durante il calcolo.
In un modello 3D, quindi, anche un cedimento di stabilità globale dell'intero modello può essere valutato meglio.
Building Information Modeling fornisce modelli 3D
L'uso di metodi di pianificazione moderni come il Building Information Modeling si basa su modelli 3D. Questi sono anche la base della progettazione strutturale e possono già fornire modelli di input ben idealizzati per il calcolo. Il modello 3D per la statica viene quindi fornito idealmente e si risparmia tempo.
In molti casi di pre-dimensionamento o semplici valutazioni statiche per trovare la giusta struttura portante, questo può essere un modo molto rapido e utile. Un'altra tendenza è verso la pianificazione progettuale completamente parametrica, in cui la statica è completamente integrata con il software architettonico. Modificando accuratamente i parametri, si possono esaminare molte varianti e calcolare automaticamente.
2D non sufficiente per tutte le strutture e tipologie di edifici
Se l'edificio non può essere semplicemente suddiviso in sottostrutture in cui il trasferimento del carico è chiaro, spesso non rimane altra alternativa che utilizzare un modello 3D. Non tutti gli edifici seguono una griglia regolare. Questo rende il trasferimento del carico complicato e difficile da controllare. A causa delle incertezze, si lavora con assunzioni di carico massime per rimanere sul lato sicuro. Tuttavia, ciò porta a risultati non economici.
Simulazione delle azioni sul modello complessivo spesso più chiara e semplice
I programmi di calcolo 3D possono generare automaticamente carichi per azioni come peso proprio, vento o neve per formati standardizzati di edifici. È necessario conoscere le dimensioni dell'edificio. Utilizzando modelli complessivi, queste dimensioni possono essere facilmente derivate dal modello. I profili di carico del vento e della neve possono essere applicati automaticamente alla struttura portante. Quando la geometria cambia, i carichi cambiano automaticamente con essa. Le simulazioni in una galleria del vento digitale diventano possibili solo con modelli 3D.
Analisi dinamiche nei modelli 2D spesso inadeguate
Nelle analisi sismiche o altre analisi dinamiche, si presentano forme proprie spaziali che devono essere considerate.
Inoltre, le eccitazioni sismiche nelle direzioni x e y devono essere sovrapposte di conseguenza. Le torsioni casuali giocano un ruolo. Pertanto, l'uso di modelli 3D è evitabile solo nei casi più semplici.
Flessibilità nelle modifiche
Il processo di pianificazione è caratterizzato da cambiamenti. Per il processo di costruzione è importante avere sempre chiarezza su ciò che è staticamente fattibile e quali modifiche devono essere effettuate. In una statica delle posizioni tradizionale, ciò può significare che tutte le assunzioni di carico devono essere ripensate.
In un modello statico 3D completo, le forze che cambiano sono automaticamente portate attraverso il sistema da componente a componente. Con un nuovo calcolo, tutte le verifiche sono aggiornate. L'iniziale maggiore impegno di input è spesso compensato in questo modo.
Condizioni di supporto problematiche nella creazione di modelli parziali
Quando si estraggono modelli parziali dal modello complessivo, è necessario definire i punti di connessione del modello parziale con le definizioni di supporto. Poiché nella maggior parte dei casi le rigidità in questi punti di connessione non sono conosciute o sono difficili da determinare, si utilizzano in modo semplificato supporti articolati o rigidi. Queste assunzioni sono solo parzialmente corrette e portano inevitabilmente a risultati diversi rispetto ai modelli che ricavano le rigidità in questi punti di connessione dal modello complessivo.
Statica dettagliata valida solo come modello 3D
L'utilizzo di modelli 3D a guscio, ad esempio nella progettazione di giunti strutturali in acciaio, è all'avanguardia. Senza una soluzione 3D, tali analisi non sarebbero possibili. In questi casi applicativi, l'uso di modelli 3D non viene nemmeno messo in discussione, ma è addirittura richiesto. Pertanto, non è comprensibile, per contro, perché non si dovrebbero utilizzare calcoli 3D per il calcolo di interi edifici.
Effetti collaterali del mondo 3D
Un modello di calcolo 3D illustra in molti casi il risultato in modo molto più comprensibile rispetto a una serie di piccoli modelli parziali. Il comportamento della struttura può essere compreso molto meglio, ad esempio con rappresentazioni visualizzate di deformazioni, tensioni e forze.
Questi modelli trasmettono anche un'impressione professionale ai partecipanti e contribuiscono a un buon prestigio del progettista strutturale. I modelli possono essere utilizzati direttamente anche per le prime stime di quantità e costi. Grazie alla flessibilità menzionata, è possibile ottimizzare forma, funzione e peso.
Conclusione
Molti motivi parlano a favore dell'uso di modelli 3D anche nella statica. 2D e 3D non sono in concorrenza, ma si completano a vicenda. Ovviamente, ci sono anche casi semplici in cui un modello 3D non porta vantaggi e produce risultati corretti. In entrambi i casi è infine l'ingegnere a decidere quale forma di modellazione scegliere.
