S.T.A. DATA 3Muri Piccole Strutture

Schematizzazione della struttura

Alla luce dell’esperienza della ricerca teorica e della pratica professionale, il metodo FME – Frame by Macro Elements) adottato da 3Muri schematizza l’edificio mediante “macro elementi strutturali” (murature, travi, catene, solai, pilastri, setti) e si è rivelato il più fondato scientificamente e pratico.
L’osservazione pratica dei danni sulle strutture esistenti ha portato infatti alla formulazione del “macroelemento in muratura” come elemento che rappresenta compiutamente la realtà.
Gli aspetti teorici posti alla base di 3Muri derivano dalla ricerca avanzata delle strutture in muratura svolte durante campagne sperimentali e dall’osservazione diretta degli eventi sismici, da sempre fonte di spunti interessanti.

Comportamento globale della struttura mediante analisi non lineare

L’analisi di 3Muri si concentra nella ricerca del comportamento globale della struttura, superando quindi la verifica puntuale. Seguendo le indicazioni della Normativa, la risposta strutturale è descritta in termini di spostamenti piuttosto che di forze, tenuto conto della maggiore sensibilità del danneggiamento agli spostamenti imposti. L’analisi statica non lineare (pushover) caratterizza il sistema sismico resistente tramite curve di capacità: analisi “statiche” in quanto la forzante esterna è applicata staticamente alla struttura e “non lineari” a causa del modello comportamentale assunto per gli elementi resistenti della struttura.

Strutture miste: murature con elementi in c.a.

3Muri accoppia la non linearità della muratura con quella di altri elementi strutturali (pilastri, travi, catene, setti) realizzati in materiali differenti come c.a., acciaio, legno.

L’elemento trave non lineare in calcestruzzo armato è un elemento a sei gradi di libertà con resistenza limitata e comportamento elastico-perfettamente plastico.

Nella modellazione è possibile tenere conto di disomogeneità o discontinuità significative nello spessore, nell’altezza e nel materiale degli elementi murari. Per ciascun elemento il comportamento elastico lineare è determinato direttamente a partire dal calcolo dei contributi di rigidezza a taglio e flessionale, computabili sulla base delle proprietà meccaniche e geometriche (modulo elastico di Young E, modulo a taglio G e geometria della trave): nel calcolo di tali fattori è fatto riferimento alla sola sezione in calcestruzzo, trascurando il contributo offerto dall’armatura e tenendo conto della riduzione di rigidezza dovuta alla fessurazione. I differenti contributi sono opportunamente assemblati nella matrice di rigidezza elastica del singolo elemento. I limiti di resistenza, relativi ai meccanismi di rottura considerati, coincidono con il valore ultimo, poiché vige l’ipotesi di comportamento elastico-perfettamente plastico, senza, dunque, fenomeni di incrudimento.

Come riportato nello schema, il programma si divide in tre fasi principali.

Input grafico

La prima prevede l’input completamente grafico della struttura attraverso “oggetti strutturali”: pannelli di muratura, travi e pilastri in c.a., acciaio, legno, muratura, catene, cordoli.

Analisi
Segue quindi l’analisi con la costruzione del telaio equivalente e il calcolo della Curva di capacità offerta, cioè la curva forza-deformazione della struttura.

Risultati
La terza parte riguarda invece la domanda di spostamento, cioè qual è l’impegno di resistenza o spostamento richiesto dal sisma. Si ottiene la verifica con la presentazione della curva di capacità: se lo spostamento risultante dell’analisi è superiore alla domanda di spostamento richiesta dalla normativa, la struttura è verificata.

In caso contrario, e nell’ipotesi di dover procedere con l’adeguamento sismico di una struttura esistente o di una nuova struttura, è necessario apportare variazioni al modello, ritornando alla fase di input e modificando o la geometria o le caratteristiche dei materiali. In quest'ultimo caso è possibile prevedere miglioramenti mediante placcaggi o iniezioni, oppure inserendo nuovi elementi con materiali diversi, ad esempio setti in c.a., travi, pilastri, cordoli, catene.

Importazione dal rilievo o dal progetto architettonico

Per velocizzare la costruzione del modello è prevista l’importazione del progetto architettonico o del rilievo della struttura esistente dell’edificio da file DXF o DWG da usare come sfondo da lucidare e operando direttamente sulla pianta dei vari livelli di solaio. Partendo da questi disegni o per introduzione diretta tramite i comandi Cad di cui dispone 3Muri, si tracciano le pareti, che rappresentano gli elementi verticali. In seguito sarà possibile suddividere ogni parete in sottoelementi, differenziando quindi per ogni zona spessore, materiale e altre proprietà.

Gestione livelli

La struttura è suddivisa in livelli dotati di quota z. A ogni livello si procede all’inserimento delle pareti, a cui assegnare il tipo di muratura, travi, catene, cordoli, pilastri e setti. Edifici regolari in elevazione possono essere facilmente ricreati duplicando un livello già definito.

Gli elementi strutturali

Definite le pareti e i livelli si possono inserire pannelli murari, campi di solaio, cordoli e catene riportati nelle figure seguenti. Si possono considerare pilastri e travi, in c.a. o in acciaio, spesso presenti anche in costruzioni in muratura, tenendo conto del comportamento non-lineare. Ricostruita la geometria strutturale dell’edificio, come assemblaggio di pannelli murari, un algoritmo automatico riconosce le connessioni tra di essi (nei cantonali e nei martelli) e provvede ad identificare automaticamente maschi, fasce e nodi.

Solai deformabili e analisi dei carichi

I solai sono modellati con diaframmi deformabili anisotropi in grado di interagire con gli altri elementi strutturali, prendendo in conto il reale comportamento strutturale.

Sono previste le seguenti tipologie:

• Legno con travetti affiancati e tavolato semplice

• Legno con travetti affiancati e tavolato doppio

• Legno con travetti affiancati e soletta in c.a.

• Putrelle e tabelloni

• Putrelle e voltini

• Latero cemento

• Volte in muratura

Per ogni tipologia sono richiesti i parametri per il calcolo automatico delle caratteristiche della struttura.

Analisi dei carichi

I carichi vengono introdotti direttamente sui solai. Il peso proprio delle murature è calcolato in automatico mentre i carichi dei solai, suddivisi tra permanenti e variabili, sono ripartiti automaticamente sulle murature su cui appoggiano secondo la loro reale disposizione, monodirezionale o bidirezionale.

Inserimento delle aperture

Dopo aver definito tutti gli elementi murari, è possibile interrompere la continuità strutturale mediante l’inserimento di porte o finestre utilizzando il comando apertura. L’inserimento di un’apertura può avvenire mediante l’utilizzo degli snap o con l’inserimento della
distanza da un estremo di parete.

Balconi
Anche i balconi sono conteggiati per la loro effettiva disposizione.

Vincoli
Il programma inserisce automaticamente i vincoli alla base del modello; sono previsti anche vincoli di tipo elastico in grado di simulare l’interazione struttura terreno.

Visualizzazione 2d 3d

Il programma permette la visualizzazione del modello dell’edificio, attraverso la posizione in pianta delle pareti ai diversi piani e la vista bidimensionale delle singole pareti inserite nella struttura, così da verificare velocemente ed efficacemente la topologia del modello; è inoltre possibile la visualizzazione tridimensionale della struttura.

Simulazioni di lesioni

Lesioni e dissesti possono essere inclusi nella modellazione, adottando opportune condizioni di vincolo ovvero riduzioni della continuità strutturale.

Terminata l’introduzione dei dati è possibile procedere con l’analisi dell’intera struttura.

Determinazione automatica del telaio equivalente

Il programma permette la determinazione automatica del telaio equivalente suddividendo i pannelli murari in elementi rigidi, maschi e fasce, creando la struttura da analizzare.
Grazie ad un meshatore evoluto, sono prese in esame situazioni anche molto complesse con risultati sempre ingegneristicamente corretti.

Strutture non regolari

Nel caso di strutture non regolari, cioè in cui sono presenti piani non completi e sfalsati, le aperture non si ripetono con regolarità, i materiali non sono omogenei, le fondazioni sono a quote diverse, sono presenti strutture in c.a., acciaio, legno etc. Con 3Muri è possibile costruire comunque un telaio in grado di cogliere gli aspetti ingegneristici del problema.

Calcolo automatico azione sismica

Inserite le caratteristiche del territorio (zona sismica e categoria del suolo di fondazione), le azioni sulla struttura vengono assegnate automaticamente, tramite forze sui nodi delle pareti portanti, a partire dai pesi propri delle pareti stesse e dai carichi uniformemente distribuiti sugli orizzontamenti.

Analisi non lineare (push-over)

Per l’analisi statica non lineare il programma consente, come previsto dalla normativa, di applicare all’edificio i carichi gravitazionali e un sistema di forze orizzontali che, mantenendo invariati i rapporti relativi fra le forze stesse, vengano tutte scalate in modo da far crescere monotonamente lo spostamento orizzontale di un punto di controllo sulla struttura, fino al collasso della struttura. L’algoritmo di calcolo è ottimizzato per ottenere rapidamente l’analisi anche per strutture di notevoli dimensioni.

Scelta della normativa da utilizzare

È possibile definire la normativa desiderata e i parametri relativi.

Eccentricità accidentali

Per tutte le procedure di analisi previste è possibile tenere conto automaticamente degli effetti delle eccentricità accidentali nelle analisi tridimensionali.

Eseguita l’analisi, l’utente ha la possibilità di esaminare qualsiasi parametro della risposta della costruzione, al fine di una adeguata comprensione del comportamento strutturale, anche per progettare al meglio gli eventuali interventi di adeguamento o miglioramento sismico.

Curva push-over

Il post-processor consente anche una verifica in forma automatica della struttura. Nel caso di analisi lineari (statica o dinamica modale) vengono verificati singolarmente tutti gli elementi. Risultato dell’analisi statica non lineare è la curva push-over, taglio alla base – spostamento di un nodo di controllo. Dalla curva così ottenuta viene definita la bilineare equivalente ed effettuata la verifica sismica globale dell’edificio.

La presentazione 3D del modello danneggiato

Per ottenere una chiara rappresentazione del danneggiamento della struttura è possibile presentare l’evoluzione anche in modalità 3d, evidenziando in questo modo le parti con lo stato raggiunto.

Evoluzione del danneggiamento

Dopo aver effettuato l’analisi push-over è possibile visualizzare l’andamento del danneggiamento nella struttura, secondo il procedimento di carico previsto. Spostando infatti il cursore che indica la storia di carico, si ottiene l’animazione della propagazione del danno della struttura. L’output grafico del programma permette di visualizzare la configurazione deformata dei solai e delle singole pareti ai vari passi di carico, evidenziando il grado di danneggiamento nei macroelementi. Sono tabellati i risultati numerici delle analisi (frequenze dell’analisi modale, spostamenti dei nodi, etc.). È inoltre possibile esportare i risultati in formato EXCEL o testo. Per ogni analisi dinamica è possibile ottenere una storia temporale degli spostamenti nei nodi o degli altri parametri significativi dell’analisi (drift di interpiano, danneggiamento e rottura degli elementi, sollecitazioni), individuando automaticamente i valori massimi e minimi.

Relazione di calcolo

Dopo aver effettuato l’analisi il gestore di relazione di calcolo consente la produzione del documento finale. I dati sono estrapolati dal database di calcolo secondo specifiche personalizzabili da parte dell’utente e presentati in anteprima con esportazione nei vari formati standard (doc, html, pdf, xls).