Dopo anni passati a progettare strutture in acciaio "normali" (magazzini, telai, capannoni pieni di logiche ripetitive), vi ritrovate improvvisamente davanti a un albero inclinato nello spazio, con cavi che tirano da direzioni che la vostra intuizione non accetta subito, e collegamenti che sembrano più sculture meccaniche che dettagli strutturali. È esattamente ciò che è successo durante un recente webinar sulle strutture a membrana e sui relativi collegamenti in acciaio, insieme a ixRay, l'azienda che sviluppa il software ixCube 4-10 .
A prima vista, tutto sembrava familiare. Un modello globale, un paio di casi di carico e un disegno di base dei dettagli. Ma appena ho iniziato a modellare i nodi, le cose sono diventate interessanti.
L'analisi globale è la parte facile
Il flusso di lavoro è iniziato come la maggior parte dei nostri. Una struttura a membrana, con alberi, cavi e tessuto che lavorano insieme, è stata analizzata a livello globale in ixCube 4-10, con i casi di carico preparati, le deformazioni verificate e tutto in perfetto ordine grazie a Gerry. Alberi, cavi e membrana facevano tutti il loro dovere, in equilibrio dopo la ricerca di forma e soddisfatti (beh, era un webinar pubblico, no?).
Poi ho preso in carico i collegamenti.
IDEA StatiCa Checkbot è ancora di aiuto. Grazie al collegamento BIM, geometria, sezioni trasversali e combinazioni di carico vengono esportate direttamente da ixCube 4-10 a IDEA StatiCa, senza riscrivere manualmente le forze e senza lottare con i sistemi di coordinate.
Improvvisamente, la geometria conta. E molto
Una volta importati i nodi, la differenza tra i collegamenti delle strutture a membrana e i dettagli "normali" in acciaio è risultata subito evidente.
A differenza delle strutture in acciaio standard, dove i nodi si ripetono come motivi di una carta da parati, qui ogni giunto era un caso a sé. Teste d'albero con cavi che arrivano ad angoli strani, nodi di ancoraggio che interagiscono con il calcestruzzo, perni qua e là, eccentricità ovunque.
Ma la parte peggiore è che questo mondo non è ortogonale! Le strutture a membrana sono un disordine spaziale: nessun elemento perpendicolare, piastre raramente rettangolari, forze per lo più assiali, almeno finché non lo sono più, a causa degli angoli.
Invece di selezionare un modello di collegamento e ritoccare il numero di bulloni, la progettazione è diventata una sequenza di buone vecchie operazioni manuali. Ciò che ha salvato la mia reputazione di utente esperto dell'applicazione Connection è stato importare le effettive piastre di nodo sagomate da file DXF invece di sagomarle nell'applicazione.
E ho messo ulteriormente alla prova il mio cervello, in particolare nel posizionare le piastre nello spazio in modo che si adattassero ai vettori degli elementi. Anche in questo caso è stata davvero utile l'opzione dell'operazione Piastra di irrigidimento per impostare l'origine come LCS dell'elemento o della piastra. Dopodiché è stato un puro poker al millimetro con gli offset X e Y e la rotazione, per la verità stranamente soddisfacente.
Va bene, ci è voluto un po'. Ma queste tecniche hanno funzionato e mi sono avvicinato molto di più al momento di premere il pulsante rosso (cioè Calcola, per chi se lo stesse chiedendo).
I cavi non sono travi
Ma prima, ancora qualche messa a punto. Per impostazione predefinita, i modelli di collegamento assumono tranquillamente che gli elementi trasferiscano tutte le componenti delle forze interne. Va bene per travi e pilastri. Completamente sbagliato per i cavi.
Nelle strutture a membrana, i cavi servono a portare la trazione. Tutto qui. Nessun momento flettente, nessuna rigidezza rotazionale, nessun taglio. IDEA StatiCa Connection può modellare i cavi? No. Ma esiste una soluzione alternativa, e anche valida. Il cavo stesso e il suo meccanismo di tiro sono responsabilità del produttore, già certificati. Ciò che conta qui è il giunto su cui il cavo tira. Quindi il cavo viene modellato invece come barra piena, con tutti i parametri corrispondenti al cavo importato tramite il collegamento BIM.
I perni non sono gruppi di bulloni
Le strutture a membrana sono piene di collegamenti che, dal punto di vista meccanico, sono un singolo perno che fa tutto il lavoro. IDEA StatiCa permette di modellare un vero collegamento a perno singolo regolando virtualmente i vincoli di estremità degli elementi collegati.
Tecnicamente, lo si fa con un clic nelle proprietà dell'elemento, impostando gli elementi cavo sul tipo di modello N-Vy-Vz. L'input delle forze è già preconfezionato, poiché dal modello globale FEA vengono importate solo le trazioni. In questo caso, svincolare tutto tranne lo sforzo normale non è un trucco del software per ottenere le spunte verdi. È la realtà strutturale che raggiunge il modello.
Se si salta questo passaggio, si può finire con un collegamento che viene calcolato pur essendo un controsenso fisico oppure, più probabilmente, con un meccanismo non calcolabile e il messaggio finale "analisi 0%".
Ora è il momento di premere il pulsante rosso, con la scarica di dopamina che ne consegue.
Qui (CB)FEM dà spettacolo
Guardare comparire i risultati è semplicemente divertente. Si ottengono comunque le tabelle verde/rosso di verifica superata/non superata richieste dall'Eurocodice e un report PDF per chiudere la giornata di lavoro. Ma si ottengono anche campi di tensione che attraversano piastre dalla forma insolita, zone di concentrazione attorno ai fori dei perni e forme deformate che confermano subito, oppure mettono in discussione, la vostra intuizione ingegneristica.
Si vedeva chiaramente quale piastra stesse davvero lavorando e quale invece stesse solo prendendo il sole.
Per le strutture a membrana, questo è inestimabile. Sono dettagli in cui "soddisfa l'equazione" semplicemente non basta. Bisogna vedere cosa sta succedendo. E sì, a volte la componente determinante non è affatto quella che ci si aspettava.
Considerazioni finali
Progettare collegamenti in acciaio per strutture a membrana è impegnativo. Costringe a essere precisi, a rispettare il comportamento reale e a smettere di nascondersi dietro ipotesi semplificate. Ma è anche profondamente appagante, soprattutto quando si dispone di strumenti che permettono di modellare ciò che si ha davvero in mente.
IDEA StatiCa non è stato sviluppato in origine per collegamenti come questi, ma con un po' di competenza, o con un po' di consiglio, regge meglio di quanto ci si aspetterebbe.
Cubo di Rubik completato. Prossima sfida: il Dodecaedro di Rubik 😉.
Risorse
Volete provarlo sul vostro progetto? Scaricate i file di esempio e apriteli direttamente in IDEA StatiCa:
Oppure guardate la registrazione del webinar in cui viene spiegato l'intero flusso di lavoro.
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