BIM em engenharia estrutural:

Artigo técnico

O uso crescente do método BIM no planejamento de edifícios também abre novas possibilidades para projetistas estruturais. Uma vez que um modelo 3D abrangente de um edifício tenha sido criado, gostaríamos de continuar a usá-lo para cálculos estáticos e obter o máximo benefício dele. Mas também há alguns novos desafios para o engenheiro estrutural e o software usado, que serão discutidos neste artigo.

Eliminação de componentes não estruturais

Um dos principais benefícios dos modelos 3D BIM é que todas as informações são armazenadas centralmente em um banco de dados. Supondo que inicialmente um rascunho de um edifício seja criado pelo arquiteto, o foco não é principalmente na estrutura estática. O foco do seu trabalho é principalmente o uso e design do edifício e o cumprimento de um orçamento em estreita cooperação com o cliente. Com base nisso, estruturas de suporte necessárias para o edifício são projetadas. Este modelo estrutural representa, por assim dizer, o esqueleto de suporte de carga de um edifício e é de particular interesse para o engenheiro estrutural. As partes não estruturais restantes do edifício são para ele insignificantes (por exemplo, detalhamento de portas e janelas, construção precisa do piso, instalação elétrica e hidráulica, etc.) ou máximo para as premissas de carga importantes. Portanto, apenas uma parte do modelo BIM deve ser avaliada para o engenheiro estrutural e ele deve separar os objetos estaticamente relevantes dos não-relevantes. No entanto, as informações sobre se um componente presente no modelo BIM contribui ou não para a estática da estrutura não são necessariamente inerentes a cada modelo BIM e devem ser fornecidas ao modelo pelo engenheiro estrutural ou devem ser filtradas por meio de filtros apropriados remova o modelo estrutural. Há software BIM no mercado, que já permite elementos arquitetônicos para marcar componentes como carga. Supondo que o arquiteto tenha como tarefa fazer essa marca, isso facilita a transferência automatizada do modelo para o software estático.

Modelo de estrutura física e modelo de análise idealizado

Uma vez que os componentes de suporte tenham sido eliminados do modelo BIM global, o modelo estrutural físico está presente, o que corresponde em posição e forma ao modelo real (volume) posterior. Devido a capacidades computacionais limitadas e simplificações necessárias para os cálculos, nem todos os componentes são geralmente calculados como modelos de volume, mas sim reduzidos a elementos de haste e superfície cujos resultados (por exemplo, tamanhos de seção de haste e superfície) também se referem aos padrões atuais. O uso de modelos sólidos geralmente é limitado a componentes muito espessos ou à análise de subáreas especiais, como uma conexão de construção de aço, na qual detalhes como parafusos, soldas ou condições de contato são mapeados. A redução para hastes e superfícies levanta a questão da posição dos eixos pesados desses componentes e como eles estão conectados uns aos outros. Devido a diferentes alturas de componentes, espaços em branco e conexões, sob certas circunstâncias não podem surgir modelos consistentes de linha gravitacional conectados em um ponto, que devem ser adaptados para servir como um modelo de cálculo analítico. Isso levanta mais questões para o engenheiro estrutural.

  • Onde devem estar as linhas do sistema?
  • Como lidar com qualquer excentricidade de haste e área?
  • As linhas do sistema precisam ser encurtadas ou alongadas e que impacto isso tem na carga (peso morto, cargas de linha, cargas de área, etc.)?
  • É suficiente modelar usando nós analíticos simples, ou você precisa construir qualquer modelo avançado que possa ser adaptado para engenharia (por exemplo, o suporte só se conectará ao teto em um nó: Problema das singularidades)
  • As conexões das barras e superfícies são articuladas, flexíveis ou rígidas?
  • Quais posições devem ser entendidas como suportes com quais condições de armazenamento?
  • Se necessário, subdivida barras ou áreas para obter um modelo de análise significativo.

Ao decidir sobre todos esses problemas, o software geralmente oferece pouco suporte, e essas decisões devem ser tomadas pelo engenheiro estrutural. Uma nova tendência no software de arquitetura e design, no entanto, é que os programas estáticos já estão incluídos nos programas e, às vezes, também são formados automaticamente. A vantagem é que, uma vez definidos apropriadamente os sistemas estáticos básicos, podem ser transferidos para um programa de análise estrutural, idealmente incluindo o carregamento, sem grandes retrabalhos.

O pré-requisito para isso, no entanto, é que esse software BIM seja operado por usuários que também tenham conhecimento adequado da estática e da aplicação do programa de cálculo. Do ponto de vista tradicional, essa circunstância é frequentemente uma razão pela qual a troca de dados e, portanto, o fluxo de trabalho do BIM estão estagnados devido às responsabilidades comuns das firmas de arquitetura e dos escritórios de estática na Alemanha. Afinal, o arquiteto não é pago para criar o modelo estático.

Aspectos especiais de modelagem

Ao fabricar modelos de elementos finitos, podem ser necessárias estruturas auxiliares especiais nas transições de superfícies para elementos de barra ou, por exemplo, em treliças. Esses projetos auxiliares exigem o retrabalho manual de estruturas importadas. Isso inevitavelmente leva ao fato de que o modelo BIM inicial e o modelo de análise idealizado se distanciam e uma atribuição de componentes relacionados nos programas de usuários de diferentes disciplinas é consideravelmente mais difícil.

Esse problema é refletido especialmente no ajuste das mudanças em ambos os modelos. Freqüentemente, hastes de acoplamento rígidas são usadas para acoplar componentes conectados na modelagem estática. Dependendo da implementação no software estático, esses tipos de hastes especiais podem levar a problemas numéricos se essas hastes forem muito curtas e muito rígidas. Portanto, atenção especial deve ser dada à formação automática de tais elementos de acoplamento a partir do software BIM. Um problema grande e às vezes não facilmente reconhecido pode representar componentes supostamente conectados em um modelo de análise. Imprecisões na modelagem no software BIM ou restrições de precisão numérica também podem resultar em nós FEM muito próximos. Isso causa dificuldades na rede ou fornece componentes conectados, que não são conectados no modelo do computador. Isso resulta em resultados de cálculo incorretos. Portanto, atenção especial deve ser dada ao controle do modelo importado.

Pressupostos de carga e combinações de carga

Em alguns aplicativos BIM, também é possível especificar cargas e combinações de carga. A determinação de, por exemplo, perfis de carga de vento, cargas de neve ou cargas de pressão da Terra tornou-se consideravelmente mais complexa devido aos recém-introduzidos Eurocódigos nos últimos anos. O mesmo se aplica às regras para formar combinações de carga de acordo com diferentes situações de projeto. Por natureza, os programas de análise estrutural são mais adequados, mais versáteis e oferecem ferramentas de geração abrangentes. Portanto, é óbvio que a entrada de carga e a combinatória são feitas no aplicativo estático. Se as cargas e combinações resultantes são gravadas de volta em um modelo BIM, os parâmetros subjacentes à geração automática são geralmente perdidos e, portanto, a inteligência dos objetos de carga está ausente no caso de outras alterações.

Aspectos do cálculo das estruturas

Se um modelo de análise adequado é derivado do modelo BIM, ele pode ser calculado no software estático. Tem que ser decidido qual teoria de cálculo e modelos de material são usados. Após o cálculo, o modelo pode precisar ser ajustado e variantes da modelagem surgem ou novos elementos são adicionados ou removidos. Articulações e suportes devem ser verificados. Para o desenho da estrutura, outras suposições devem ser feitas e os parâmetros inseridos. Seções transversais e dimensões podem mudar. A idéia clássica de BIM exigiria que essas predefinições e suposições fossem armazenadas no modelo BIM central também. No entanto, isso não é totalmente viável e não é suportado nas interfaces usuais ou é possível apenas com a perda de inteligência dos objetos.

A consideração das fases de construção desempenha um papel muito importante em modelos espaciais e decide sobre a usabilidade dos resultados de cálculo. Portanto, é essencial verificar antes do cálculo se um cálculo no modelo global requer a consideração de fases de construção ou, se necessário, seções de submodelos devem ser calculadas. Neste contexto, deve-se mencionar que o BIM não significa automaticamente que você sempre calcula o modelo de construção inteiro espacialmente. Uma boa estratégia também pode ser extrair sucessivamente os itens estáticos individuais de um modelo geral do BIM e calculá-los separadamente.

Mudanças no modelo BIM devido ao cálculo estático

Após a conclusão do cálculo, podem ocorrer alterações no material e na seção transversal, ou componentes, como curativos ou vigas, podem ser movidos, removidos ou adicionados. Essas alterações devem ser refletidas no modelo BIM e atualizadas. Mas o que acontece se mudanças no modelo BIM original precisarem ser feitas e comparadas? Como você decide qual estado de mudança é o último? Esse processo deve ser regido por regras e as mudanças devem ser aprovadas pela equipe responsável. Ao mesmo tempo, deve-se garantir que as alterações no modelo BIM sejam importadas após a importação para o software estático. Pode haver alterações na mesma peça ao mesmo tempo no modelo BIM e no modelo de análise. Tais situações podem ser mitigadas através de bloqueios no modelo ou acordos das partes envolvidas. Uma transferência automatizada de alterações de perfil, espessuras de superfície ou a adição e remoção de novos componentes no outro modelo é normalmente viável e é suportada, por exemplo, pelo software Dlubal. Deve-se observar que as atualizações resultantes da estatística não sobrescrevem outras informações no modelo BIM que não são estaticamente relevantes.

Interface IFC e acoplamento direto de software

Para um planejamento consistente, interfaces funcionais são necessárias. Se alguém tiver acesso aberto aos dados dos programas de troca através de interfaces programáveis, estes podem ser acoplados diretamente sem ter que trocar arquivos. Ambos os programas devem ser instalados no mesmo computador. A implementação de tais interfaces é muito flexível e não está vinculada à sintaxe e aos modelos de dados dos formatos gerais de interface, pois eles são necessários para uma troca de arquivos. Ao trocar dados sobre formatos de arquivo neutros e independentes do fabricante, o formato IFC desempenha um papel importante.

Se um software é certificado pela IFC, isso não significa necessariamente que a transferência para software estático também é possível. Atualmente, uma certificação está disponível apenas para a "Visualização de Coordenação". Isso descreve primeiro e principalmente a geometria da estrutura baseada em modelos sólidos, ou seja, o modelo de estrutura física discutido acima. Para o modelo estático, é fornecida a chamada "Visão de Análise Estrutural", que também permite a transferência de mancais, juntas e cargas. No caso de troca de dados baseada em IFC com base em um programa de arquitetura, é necessário, portanto, verificar qual visualização pode ser exportada.

Resumo e conclusão

Os modelos 3D BIM ajudam o engenheiro estrutural a entender estruturas complexas e gerar modelos de análise mais rapidamente por meio da aquisição de dados. Em geral, o modelo BIM e o modelo de análise são diferentes e não geometricamente idênticos. Os modelos de análise gerados automaticamente devem ser cuidadosamente examinados e o cálculo no modelo geral pode exigir a consideração das fases de construção. A estática pode exigir modelagem especial em pontos específicos e geralmente requer informações adicionais que não podem ser armazenadas ou limitadas apenas no modelo BIM. Devido a possíveis mudanças durante a fase de planejamento, regras devem ser definidas, quem pode fazer mudanças quando e onde no modelo. O software BIM e BIM exige um conhecimento mais amplo e abrangente de todas as fases de projeto de arquitetos e engenheiros estruturais, a disposição de repensar divisões tradicionais de trabalho e entender a tarefa de planejamento como trabalho em equipe. Aceitar uma sobrecarga inicial gerenciável e, ao mesmo tempo, pensar na etapa de planejamento subsequente, pode resultar em economias significativas e em melhores resultados de planejamento. Os escritórios de design que se dedicaram ao processo BIM nos últimos anos confirmam isso. Não menos importante por causa disso, mas também porque as autoridades contratantes prescrevem o BIM como um método de planejamento, o BIM continuará a se espalhar nos próximos anos. O projeto estrutural é uma parte integral e integrante da Modelagem da Informação da Construção e, portanto, o software de análise estrutural capacitado pelo BIM e o manuseio dos modelos gerais se tornarão mais importantes.

O software da Dlubal está alinhado com o processo de planejamento baseado em BIM, oferecendo uma variedade de formatos de interface e conexões diretas com produtos populares de software BIM. Por meio de uma interface aberta e programável, o software pode ser perfeitamente integrado a processos de planejamento específicos da empresa. Isso permite a automação de tarefas de modelagem e o processamento de resultados de cálculo.

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