Parte 1: Inserimento della geometria A cura di: Ing. Leonardo Bandini Ing. Andrea Bidoli

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1 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Udine In collaborazione con: Galleria San Marco Pordenone Tel Fax info@csi-italia.eu Tecniche di Modellazione e Verifica di un edificio multipiano in c.a. in accordo con le NTC2008 Parte 1: Inserimento della geometria A cura di: Ing. Leonardo Bandini leonardo@csi-italia.eu Ing. Andrea Bidoli andrea@csi-italia.eu

2 PRESENTAZIONE DELLA STRUTTURA La struttura da modellare rappresenta un edificio in c.a. avente pianta rettangolare di ingombro 30x18 metri. La struttura presenta tre piani fuori terra ed un piano interrato. L altezza totale dell edificio dal piano di fondazione è pari a circa 15.5 metri di cui circa 12.5 fuori terra. 2

3 La pianta dei piani in elevazione ha una forma irregolare ad H costituita da due corpi principali uniti da una soletta di collegamento. 3

4 ALCUNE CONSIDERAZIONI PRELIMINARI Per la struttura portante dell edificio oggetto di studio si sono ipotizzati due differenti approcci progettuali: 1) Tradizionale struttura a telaio 2) Struttura a soletta piena Per entrambe le tipologie scelte verranno presentati i passi fondamentali di costruzione del modello e le varie fasi di verifica degli elementi strutturali. 4

5 MODELLAZIONE DEGLI ELEMENTI STRUTTURALI Il modello strutturale completo verrà analizzato attraverso il programma SAP2000 prodotto dalla Computers & Structures Inc. di Berkeley (CA). L approccio e gli elementi utilizzati nella modellazione sono diversi per le due strutture ipotizzate. Per il modello a soletta piena si sono utilizzati: 1) Elementi Frame (asta) per la rappresentazione dei pilastri e delle travi di copertura 2) Elementi Shell (area) completi a 4 nodi per la rappresentazione di setti, pareti controterra e solai di piano 3) Elementi Shell nulli per la rappresentazione in termini di carico e massa delle falde di copertura 5

6 Per il modello a telaio si sono utilizzati: 1) Elementi Frame (asta) per la rappresentazione di pilastri, travi di piano e travi di copertura 2) Elementi Shell (area) completi a 4 nodi per la rappresentazione di setti e pareti controterra 3) Elementi Shell nulli per la rappresentazione in termini di carico e massa dei solai di piano e delle falde di copertura Le motivazioni alla base delle precedenti scelte di modellazione verranno discusse dettagliatamente nel seguito. 6

7 INSERIMENTO DELLA GEOMETRIA IN SAP2000 Al fine di inserire la geometria della struttura in SAP2000 si possono seguire diverse strade: 1) Costruire il modello a partire dall importazione delle piante in formato.dxf 2) Costruire il modello da zero attraverso gli strumenti di disegno presenti in SAP2000 Nel seguito vedremo brevemente i passaggi fondamentali relativi ad un approccio ibrido che farà uso di entrambe le procedure descritte. 7

8 Il modo più semplice per importare le piante in formato.dxf è quello di organizzare gli elementi per layer distinti. Per esempio, relativamente al piano interrato, si procede tracciando nel layer Setti le linee medie di tutte le pareti, e nel layer Pilastri i punti definenti gli assi dei vari pilastri. 8

9 Analogamente si procede per le piante dei piani in elevazione. 9

10 Una volta preparati i file.dxf si procede alla creazione del modello in SAP. Per prima cosa, una volta lanciato il programma, si sceglie di partire da un modello vuoto ne quale si inseriscono i materiali e le sezioni degli elementi che si intende utilizzare. 10

11 Elementi Frame 11

12 Elementi Shell 12

13 Per costruire la struttura si procede importando gli unifilari delle piante. 1) Il primo passo consiste nell importare il layer relativo ai setti del piano interrato ed estrudere le linee per creare gli elementi shell corrispondenti ai setti 13

14 Per creare i setti a partire dalle linee di base importate è sufficiente utilizzare il comando Estrudi Linee ad Aree. 14

15 2) Successivamente si procede all importazione del layer corrispondente ai pilastri del piano interrato: 15

16 Analogamente a quanto visto per i setti per creare i pilastri sarà sufficiente estrudere i relativi nodi importati attraverso il comando Estrudi Punti a Linee. 16

17 Si ripete la procedura appena vista anche per il piano terra, importando prima i setti e poi i pilastri ed estrudendo tali elementi per un altezza pari all altezza del primo interpiano. 17

18 18

19 Se si esamina la vista estrusa del modello fin qui costruito si noterà che non vi è ancora corrispondenza fra l orientazione e la posizione dei pilastri nei file.dwg e quelli presenti nel modello. 19

20 Per tale ragione è necessario: 1) assegnare una rotazione agli assi locali dei pilastri mal orientati 2) assegnare un punto di inserimento ai pilastri disassati rispetto alla linea rappresentata nel modello 20

21 Completate le operazioni di allineamento dei pilastri è necessario rendere coerente la divisione delle shell delle varie pareti. A tal proposito sarà sufficiente selezionare la struttura ed eseguire il comando di divisione degli elementi area. 21

22 Al fine di agevolare le successive operazioni di inserimento, si definisce un sistema di griglie basato sui picchetti fondamentali della struttura. 22

23 Navigando attraverso le piante XY presenti nella griglia è possibile posizionarsi a livello del piano interrato ed inserire i vincoli al piede. Gli incastri appena inseriti verranno automaticamente replicati dal programma nei punti di auto meshatura dei setti di base. 23

24 MODELLO A SOLETTA PIENA Per l inserimento dei solai di piano vengono utilizzati degli elementi shell che seguono lo sviluppo dell impalcato. Per ogni solaio, al fine di facilitare l inserimento dei carichi, si costruiscono dei macro elementi shell per ogni zona d uso distinta dell impalcato. 24

25 Per riprodurre l andamento dei solai dei piani in elevazione è sufficiente costruire i punti di appoggio mancanti partendo dai picchetti già costruiti. Una volta creati i punti è possibile tracciare le shell di impalcato sulla base delle varie zone e destinazioni d uso. In questa fase non è necessario occuparsi della congruenza fra i vari elementi dell impalcato, che verrà imposta automaticamente in fase di analisi. 25

26 Una volta completato il solaio del piano primo è possibile replicare tutto il piano e creare i successivi due orizzontamenti, che presentano le medesime caratteristiche. 26

27 Viene infine modificato il solaio del sottotetto, al quale vengono aggiunti gli sporti per le linde. 27

28 La copertura viene costruita definendo dapprima la struttura delle varie capriate lavorando sui vari prospetti piani. 28

29 Vengono poi tracciate le travi principali ed i relativi sbalzi. 29

30 La struttura di copertura viene infine completata con la soletta di falda, modellate attraverso elementi area a sezione nulla. 30

31 L ultimo passo della relativo alla costruzione della geometria consiste nel completamento del vano scale con pianerottoli, travi portanti e rampe. Per evitare l interferenza della scala con il comportamento sismico della struttura per le rampe verranno utilizzati elementi area a sezione nulla. Tali elementi agevoleranno l inserimento dei carichi nelle rampe senza modificare il comportamento globale del modello. N.B.: l effettivo disaccoppiamento della scala dal comportamento sismico dell edificio dovrà essere garantito tramite opportuni dettagli costruttivi. 31

32 Completato l inserimento della geometria non resta che imporre la congruenza fra gli elementi shell contigui e raffinare la relativa meshatura. La congruenza viene garantita tramite l assegnazione di vincoli di bordo automatici a tutti gli elementi shell della struttura. 32

33 La suddivisione degli elementi area viene raffittita utilizzando il comando di auto meshatura nei punti interni e specificando le dimensioni massime desiderate per gli elementi creati. 33

34 Per valutare la bontà della meshatura assegnata sarà sufficiente visualizzare il modello di analisi creato dal programma ed, eventualmente, modificare i parametri assegnati. 34

35 Una volta completato il modello, un buon modo per verificare la correttezza delle assegnazioni fatte, è quello di visualizzare il colore dei vari elementi sulla base delle sezioni assegnate. 35

36 MODELLO A TELAIO Navigando attraverso i piani XY presenti nella griglia è possibile inserire le travi di impalcato in modo semplice e rapido. Qualora lo schema delle travi fosse lo stesso per tutti i livelli sarà sufficiente tracciarlo in corrispondenza del primo piano e replicarlo in elevazione. 36

37 Le scale e la copertura vengono modellate analogamente a quanto visto per il modello a soletta piena, con la differenza che in questo caso anche i pianerottoli vengono modellati unicamente in termini di carico. Completato il modello, è ancora possibile verificare la correttezza delle assegnazioni fatte, visualizzando il colore dei vari elementi sulla base delle sezioni assegnate. 37

38 ALCUNE CONSIDERAZIONI SULLE SCELTE EFFETTUATE Gli elementi secondari, quali i solai di piano del modello a telaio, le rampe del vano scale e le falde di copertura, sono stati volutamente esclusi dal modello di calcolo ed inseriti unicamente in termini di carico e massa. Questa scelta va in direzione della semplificazione e della razionalizzazione dei modelli di calcolo, che devono rappresentare lo schema di flusso essenziale dei carichi e devono mantenere un grado di complicazione tale da restare sempre sotto il pieno controllo del progettista. Il contributo di rigidezza degli elementi secondari, quando rilevante, deve essere introdotto attraverso l uso di opportuni vincoli interni che ripristinino le condizioni cinematiche reali, oppure attraverso elementi che non alterino il percorso fondamentale dei carichi all interno della struttura. Ad esempio, nel caso dei solai della struttura a telaio, per assicurare la corretta ridistribuzione dei carichi sismici, è possibile utilizzare degli opportuni vincoli di diaframma o degli elementi membrana. 38