Conceito estrutural e estabilidade
No início de um projeto de construção, é necessário considerar como é que uma estrutura deve funcionar. Surgem questões como as distâncias máximas possíveis para pilares e vigas, a localização de ligações de telhado e parede, e a execução das fundações. A estrutura de suporte do edifício deve ser criada.
Mesmo em edifícios aparentemente simples, podem surgir questões sobre a possível necessidade de elementos de reforço ou como pode dispô-los de uma forma otimizada. Trabalhar em planta, vista e corte não facilita o entendimento da transferência de carga e dos caminhos das cargas. Em última análise, pode-se imaginar melhor, através de um modelo 3D, onde as forças se encontram e onde são transferidas para as fundações. A compreensão do funcionamento da estrutura é, portanto, a base para um planeamento eficiente de toda a estrutura. A identificação déficits de estabilidade é também relevante para a segurança.
Num modelo plano 2D simplificado, problemas de estabilidade, como a encurvadura do plano ou derrube simples, são excluídos por definição. Tais problemas não surgem no cálculo e, portanto, podem ser ignorados. No entanto, em cálculos tridimensionais, o engenheiro estrutural é forçado a considerar mecanismos de falha espaciais. Erros no dimensionamento estrutural são inevitavelmente revelados durante o processo de cálculo.
Num modelo 3D, o utilizador pode portanto avaliar de uma forma mais efetiva uma falha global de estabilidade no modelo inteiro.
O Building information modeling fornece modelos 3D
A utilização de métodos de dimensionamento modernos, como o Building Information Modeling, baseia-se em modelos 3D. Estes também são a base do dimensionamento estrutural e podem fornecer modelos de entrada idealizados para o cálculo. O modelo 3D para a análise estrutural e dimensionamento já se encontra incluído no caso ideal e é possível economizar tempo.
Para muitos casos de um pré-dimensionamento ou avaliação estrutural simples para encontrar a estrutura correta, isto pode ser um método muito rápido e útil. Outra tendência é o planemaneto do dimensionamento totalmente paramétrico, onde a análise estrutural se encontra completamente acoplada ao software de arquitetura. Através da alteração dos parâmetros de forma específica, o utilizador pode verificar e calcular de forma automática muitas opções.
2D não é suficiente para todas as estruturas e tipos de edifícios
Se o edifício não pode ser simplesmente dividido em subestruturas onde a transferência de carga é clara, muitas vezes não há outra forma senão usar um modelo 3D. Nem todos os edifícios seguem uma grelha regular. Isso torna a transferência de carga complicada e difícil de controlar. Devido à existência de incertezas, são consideradas cargas máximas para garantir a segurança. No entanto, essa suposição origina resultados não económicos.
Simulação de ações no modelo completo de forma clara e fácil
Programas de cálculo 3D podem gerar automaticamente cargas para ações como peso próprio, vento ou neve para formas de edifícios padronizadas. O pré-requisito é que as dimensões do edifício sejam conhecidas. Se são utilizados modelos completos, essas dimensões são facilmente deriváveis do modelo. Perfis de carga de vento e neve podem ser aplicados automaticamente à estrutura. Quando altera a geometria, as cargas mudam automaticamente. As simulações num túnel de vento digital só são possíveis com modelos 3D.
Análises dinâmicas em modelos 2D geralmente insuficiente
Quando realiza os cálculos sísmicos ou outras análises dinâmicas, surgem formas próprias espaciais que já foram tidos em consideração.
Da mesma forma, as excitações sísmicas nas direções x e y devem ser sobrepostas. Cargas de torção acidentais desempenham um papel. Portanto, apenas é possível evitar a utilização de modelos 3Dnos casos muito simples.
Flexibilidade para alterações
O processo de planeamento é caracterizado por alterações. Para o processo de construção, é importante ter sempre conhecimento do que é possível na análise estrutural e no dimensionamento e quais alterações que precisam ser feitas. Na análise estrutural tradicional, isso pode significar que todas as suposições de carga devem ser reconsideradas.
No caso de um modelo estrutural 3D completo, as forças alteradas são automaticamente incluídas no sistema e transferidas de componente para componente. Quando executa um novo cálculo, todos os dimensionamentos são atualizados. O esforço inicial de entrada, por vezes maior, é geralmente compensado.
Condições de apoio problemáticas quando cria modelos parciais
Ao extrair modelos parciais do modelo global, tem de ser atribuídas as definições de apoio aos pontos de ligação do modelo parcial. Como na maioria dos casos as rigidezes nesses pontos de conexão não são conhecidas ou são difíceis de determinar, são utilizados apoios articulados ou rígidos como simplificação. Essas suposições são apenas parcialmente corretas e levam, inevitavelmente, a resultados diferentes em comparação com modelos que obtêm as rigidezes nesses pontos de conexão do modelo global.
Análise estrutural detalhada só é útil como um modelo 3D
A aplicação de modelos de casca 3D, por exemplo, no dimensionamento de ligações de aço, é o estado da arte. Sem uma solução 3D, tais análises não seriam possíveis. Nesses casos de aplicação, a utilização de modelos 3D não é questionada, mas sim exigida. Portanto, não é compreensível o motivo pelo qual cálculos 3D não seriam utilizados no cálculo de edifícios inteiros.
Efeitos colaterais do mundo 3D
Um modelo de cálculo em 3D ilustra em muitos casos o resultado de forma muito mais compreensível do que uma série de modelos parciais. O comportamento estrutural pode ser muito melhor entendido com representações visualizadas de deformações, tensões e forças.
Esses modelos também transmitem uma impressão profissional às partes envolvidas e contribuem para uma boa reputação do engenheiro estrutural. Também pode utilizar esses modelos para a determinação inicial de massas e custos. Devido à flexibilidade mencionada, é possível otimizar a forma, função e peso.
Resumo
Existem muitas razões pelas quais é recomendada a utilização de modelos 3d na análise estrutural e no dimensionamento. Contudo, os modelos 2D e 3D não competem entre si mas se complementam. Claro, há casos simples em que um modelo 3D não traz vantagens e produz resultados corretos. Em ambos os casos, cabe ultimamente ao engenheiro decidir qual forma de modelação será escolhida.
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