WinStrand è un programma modulare indirizzato alla modellazione, analisi, verifica e disegno di sistemi strutturali 3D in acciaio e cemento armato. La modularità del Sistema e gli Optionals disponibili permettono di adattare WinStrand ad ogni esigenza progettuale.
ANALISI STRUTTURALE
VERIFICHE ACCIAIO
VERIFICHE E DISEGNO C.A.
OPTIONALS
WinStrand è aggiornato al DM 14-01-2008 (Norme Tecniche per le Costruzioni) e consente di impiegare anche le
normative di calcolo precedenti (D.M. 14-02-1992, D.M. 9-01-1996, D.M. 16-01-1996, Ord. P.C.M. 3274/2003 e Testo Unico 2005) oltre agli Eurocodici che si riferiscono alle strutture in cemento armato ed in acciaio.
Contiene gli strumenti per definire il modello completo della struttura, eseguirne l’analisi statica e dinamica, controllare i risultati. È costituito da: Pre-Processore che gestisce la fase di input grafico interattivo; Codice di Calcolo che esegue l’analisi statica e dinamica agli elementi finiti, determinando la risposta strutturale; Post-Processore che gestisce la fase di controllo sintetico dei risultati mediante procedure grafiche interattive di visualizzazione dello stato di deformazione, sollecitazione e tensione. Pre-Processore Il modello strutturale viene definito partendo dalla generazione topologica dei nodi ed inserendo, successivamente elementi, carichi, vincoli, ecc. I comandi a disposizione consentono la generazione automatica del sistema strutturale e permettono di modificare, cancellare, duplicare quanto fatto automaticamente rendendo estremamente rapido l'input di strutture anche molto complesse. I carichi possono essere assegnati nel sistema di riferimento globale della struttura (eventualmente tenendo conto del fatto che l'elemento è inclinato), in quello locale dell'elemento o dell'area di carico e possono agire in una qualsiasi direzione X, Y, Z. I carichi applicabili alla struttura sono: di tipo puntuale (carichi nodali): − Forze in direzione X,Y,Z. − Coppie concentrate con asse vettore X,Y,Z. Di tipo lineare (applicabili agli elementi pilastri, travi, travi di Fondazione): − Distribuiti in campata, agenti o meno sull’intera luce e di intensità costante o variabile linearmente. − Forze e Coppie concentrate in campata. − Variazioni Termiche Assiali o a farfalla agenti nei 2 piani del sistema di riferimento locale dell’elemento. Di tipo superficiale (applicabili agli elementi bidimensionali a 3, 4, 8 nodi): − Distribuiti lungo i bordi − Variazioni termiche assiali − Superficiali Di tipo superficiale (derivanti da “Aree di Carico”). Vincoli Interni ed Esterni Il vincolamento esterno della struttura è assegnabile direttamente ai nodi bloccando o meno
le sei componenti di spostamento. È possibile assegnare il grado di vincolamento interno dell’asta ai nodi terminali (fixing factors), sia nei riguardi della rigidezza assiale che torsionale. (Es. capriate bullonate, cerniere semirigide ecc..). Caratteristiche Geometriche e Meccaniche L’inserimento delle caratteristiche inerziali delle sezioni trasversali degli elementi è semplificato: − Dal calcolo in automatico di tali caratteristiche per le sezioni di uso più frequente quali le sezioni: di Forma Qualsiasi, Rettangolari, Circolari, a T, a T Rovescia, ad L (nelle 4 configurazioni), Plinti, Plinti Svasati, Plinti a Bicchiere, Setti, Setti di Fondazione, Elementi bidimensionali. − Dalla presenza di un DataBase, personalizzabile, contenente i profilati metallici di uso corrente Profili a doppio T (IPE, HEA, HEAA, W ecc..), a C (UPN, C…), ad L a lati uguali e disuguali eventualmente accoppiati, tubi tondi, quadri, rettangolari ecc…) − Dalla possibilità per l’utente di costruire un proprio DataBase di sezioni personalizzate C.A. Le sezioni non direttamente contemplate sono definibili assegnando: area, momenti d'inerzia e fattori di taglio. L’associazione di differenti materiali alle sezioni consente di analizzare anche strutture miste Acciaio, Calcestruzzo, Legno ecc.. Elementi Finiti Viene utilizzato l'elemento beam/truss per schematizzare travi e pilastri. Nella definizione della matrice di rigidezza si tiene conto della deformabilità a taglio dell'asta o della presenza di vincoli di estremità cedevoli flessionalmente (vedi Vincoli). Per elementi beam (pilastri, travi), è possibile definire la proprietà di incompressibilità che, accompagnata ad un’analisi, consente di analizzare in modo accurato la deformabilità oltre che il regime statico, se soggetti a compressione. L'interazione suolo-struttura è realizzata mediante plinti, travi di fondazione, platee poggianti su terreno alla Winkler e pali o gruppi di pali. Le pareti controventanti in generale, o le pareti di taglio, sono schematizzabili con un elemento tipo shear-wall la cui matrice di rigidezza tiene conto della rigidezza tagliante, nel piano del setto, e di quella flessionale fuori dal piano. Gli elementi bidimensionali, utilizzabili sia come elementi lastra-piastra che come elementi lastra su suolo alla Winkler,
comprendono elementi a 3, 4 ed 8 nodi. Va sottolineato come questi elementi siano forniti di “drilling effect” ovvero “coprano” tutti e 6 i gradi di libertà nodale per ogni nodo dell’elemento consentendo da un lato una maggiore accuratezza del calcolo permettendo di accoppiare elementi finiti tipo lastra e beam, dall’altro l’eliminazione dei fastidiosi elementi “boundary”. Ciò consente al progettista di risolvere anche problemi particolarmente complessi e delicati quali pareti di taglio alla Rossman-Beck, serbatoi, cupole, piastre forate ecc.. E’ inoltre disponibile il link con Autodesk Revit Structure 2009 per importare il modello strutturale. − Analisi dinamica per sovrapposizione modale con spettro di risposta in accordo con l'Eurocodice n.8 e la Normativa Italiana considerando le masse concentrate nei nodi. − Analisi statica con applicazione di azioni di piano orizzontali per strutture prefabbricate secondo le C.N.R. 10025 "Norme tecniche per la progettazione, esecuzione, e collaudo delle costruzioni prefabbricate". − Analisi statica Non Lineare con effetto P-Delta. − Analisi statica Non Lineare tenendo conto della unilateralità degli sforzi negli elementi a cui è stata assegnata tale proprietà durante l’input (queste ultime due modalità di analisi possono essere eventualmente combinate fra loro). − Buckling Analisys
Codice di Calcolo Esegue analisi statiche, dinamiche e differenti tipi di calcolo; sono disponibili 200 condizioni di carico e 200 combinazioni di carico, queste ultime suddivise in combinazioni agli Stati Limite Ultimi e di esercizio. Le modalità di analisi strutturale previste sono: − Analisi statica generale con 6 gradi di libertà per nodo. − Analisi dinamica per via Statica Equivalente. − Analisi dinamica per sovrapposizione modale con spettro di risposta in accordo con l'Eurocodice n.8 e la Normativa Italiana sotto l'ipotesi di solaio infinitamente rigido.
Post-Processore C.A. Esegue il progetto, la verifica, ed il disegno degli elementi in C.A. Per ogni elemento strutturale in C.A., il programma memorizza i dati relativi alle armature anche una volta usciti dal Post-Processore C.A. Pertanto, qualora si dovessero effettuare integrazioni della geometria strutturale o dovesse risultare necessario rieseguire il calcolo della struttura a fronte di un incremento di combinazioni di carico ecc. per gli elementi che non hanno subito modifiche topologiche, sarà possibile limitarsi alla sola verifica delle armature preesistenti. L'Utente ha sempre la facoltà di modificare interattivamente le armature elaborate automaticamente dal programma in fase di progetto verificando immediatamente la validità delle modifiche apportate. L’operatore può, inoltre, definire solo un sottoinsieme delle sezioni per le quali rigenerare i criteri di progetto (in questo modo non vengono piú perse le corrispondenti armature) e di riprogettare le armature solo degli elementi aventi un’assegnata tipologia di sezione. La possibilitá di utilizzare un supporto DXF in trasparenza per la definizione dei fili fissi (in modo analogo a quanto già presente per l’importazione di nodi e/o elementi nel pre-processore) facilita la definizione degli ingombri strutturali assicurandone nel contempo l’accuratezza. Questo programma è indipendente dalla particolare normativa di verifica adottata (Tensioni Ammissibili o Eurocodice 2) di conseguenza presenta sempre la stessa interfaccia di interazione e rimanda ai singoli codici di verifica degli elementi le particolarità riguardanti le verifiche stesse. Il codice agli S.L.U. è stato modificato per tener conto dell’ordinanza 3274 (Eurocodice 8). Pertanto, le verifiche agli S.L.U., in accordo con la citata 3274, tengono conto sia delle implicazioni
dimensionali (minimi e massimi d’armatura, disposizione delle barre ecc.) sia della definizione delle azioni di calcolo (diagramma del taglio nelle travi non inferiore al diagramma del taglio indotto dalla plasticizzazione delle sezioni terminali, momenti di progetto nei pilastri amplificati per tener conto dell’equilibrio plastico conle travi ecc.). Una volta verificata la struttura, è possibile ottenere il disegno dei vari elementi semplicemente mediante “Drag & Drop” all’interno di una tavola, consentendo quindi l’assemblaggio di più oggetti grafici. Tali disegni possono successivamente essere esportati in formato DXF o trascinati direttamente (Drag & Drop) all’interno di un disegno Autocad facendo uso di un tool disponibile per AutoCad. Gli elementi strutturali progettati e verificati da questo modulo sono: Pilastri, Travi e Travi di fondazione, Plinti e Setti. Pilastri Questi elementi vengono sempre progettati e verificati a Presso-Flessione (deviata N,Mx,My, retta N,Mx ed N,My, con incremento dei momenti per tener conto della non contemporaneità) nelle sezioni di estremità ed a Taglio. In fase di progetto, qualora la sezione non sia “Personalizzata”, il programma provvede, in base ad un criterio generale di verifica (ad es. fissa il numero massimo di ferri per spigolo, la distanza massima tra i ferri di parete, il numero di braccia delle staffe nelle armature dei pilastri ecc.) a predisporre le armature. Le armature sono in qualunque momento modificabili da parte dell'Utente che può altresì verificare la validità delle variazioni apportate attraverso una riverifica in linea dell’elemento stesso. I disegni dei pilastri si possono ottenere sia in forma tabulare che di stilata o di pilastrario. Infine, qualora i pilastri bordino pareti murarie schematizzate come bielle in muratura, il
Post-Processore Consente di visualizzare tutti i risultati del calcolo relativi al complesso strutturale o a parte di esso. Oltre ai comandi di graficizzazione dei diagrammi relativi alle deformate (statiche, dinamiche ed animazioni) ed alle sollecitazioni (sforzi normali, tagli, momenti, tensioni, tensioni principali), sono a disposizione comandi che consentono di controllare la corretta definizione dei dati di input (reazioni dei nodi vincolati, controllo a posteriori delle azioni di piano dovute ad azione sismica, controllo della simmetria strutturale ecc..) e la validità delle soluzioni strutturali adottate in maniera veloce e consistente. La relazione di calcolo, personalizzabile, contiene i dati di input (geometria, carichi, vincoli, sezioni, materiali, tipo di calcolo. ecc..) ed i dati di output (deformazioni, sollecitazioni, tensioni, ecc.).
programma provvede automaticamente alla creazione delle combinazioni di carico aggiuntive in accordo con il DM 87 relative all’interazione telaio in C.A. e pareti in muratura. Travi e Travi di Fondazione Questi elementi vengono analizzati sotto forma di travate. A tale scopo è possibile, a discrezione dell'Utente, sia definire delle macro travi (più elementi finiti in serie necessari dal punto di vista dell’analisi ma controproducenti dal punto di vista del disegno), sia costruire delle famiglie di travate simili per topologia e comportamento strutturale (in questo caso il programma pur disegnando una sola travata provvede automaticamente alla verifica di tutte le travate). Come per i pilastri, qualora la trave sia costituita da una sezione non “personalizzata”, in fase di progetto è possibile fissare dei parametri che guidano il programma nella predisposizione delle armature stesse. È possibile ad es. fissare, per ogni tipologia di sezione, il numero minimo e massimo di barre all’estradosso e all’intradosso, il numero minimo e massimo di braccia per le staffe, nonché la disposizione come staffe verticali a 'traliccio', i copriferri all’estradosso e all’intradosso, l’abbattimento del diagramma del momento flettente da apportare in campata, definire se le barre sono pluri-campata o mono-campata, le lunghezze minime e massime delle spezzonature ecc. Le travi vengono progettate e verificate a Flessione, Taglio e, a discrezione dell'Utente, a Torsione. Il tasso di lavoro di armatura e calcestruzzo viene segnalato a video graficamente in modo da individuare immediatamente le armature e le sezioni in C.A. maggiormente sollecitate. Una volta progettate, le armature possono essere modificate in ogni momento selezionando la campata ed editando casseratura, staffe ed armature filanti sempre con il controllo in linea sia grafico che alfanumerico delle modifiche apportate. Tali aggiornamenti sono permanenti e vengono salvati dal programma consentendo più sedute di lavoro. Il disegno delle varie travate viene quindi inserito, tramite un semplice “Drag & Drop”, nelle varie tavole a loro volta esportabili in formato DXF. Plinti Questi elementi vengono Progettati e Verificati a Taglio (Punzonamento) e Flessione (metodo del traliccio equivalente per plinti tozzi o a trave per elementi snelli) nella sezione a filo del colletto tenendo conto, nelle due direzioni, sia delle azioni (sforzo Normale e Momenti flettenti propri dell’elemento) che del Taglio trasmesso dal pilastro sovrastante. Per i plinti a bicchiere vengono inoltre progettate e verificate le armature
del bicchiere utilizzando la classica impostazione del “Leonhardt”. In fase di progetto, qualora la sezione non sia “Personalizzata” il programma provvede alla predisposizione delle armature tramite un criterio generale che ad esempio fissa l’interasse massimo tra i ferri di base. Le armature sono in qualunque momento modificabili da parte dell'Utente che puó anche verificare la validità delle variazioni apportate attraverso una riverifica in linea dell’elemento stesso. I disegni dei plinti sono anch’essi inseribili in una tavola con un “Drag & Drop” dell’elemento sul disegno. Setti I setti in C.A. possono essere progettati e verificati secondo due modalità. Nel caso facciano parte di un nucleo vengono progettati e verificati a presso-flessione tenendo conto del comportamento complessivo dell’insieme degli elementi che compongono il nucleo mentre le verifiche a taglio vengono svolte sui singoli pannelli. Viceversa, nel caso di elementi isolati, vengono progettati e verificati a Taglio e a Pressoflessione Retta nel piano dell’elemento stesso. Nel caso di strutture verificate agli S.L.U. in cui è richiesta l’alta duttilità, e costituite da pannelli all’interno di mensole di controventamento vengono inoltre applicate le restrizioni sulle azioni e sulle armature in accordo con l’ordinanza 3274. Le armature, sono disposte in modo diffuso (reti) ed eventualmente raffittite (ove necessario) con armature di spigolo. Come per gli altri elementi, le armature sono in qualunque momento modificabili da parte dell'Utente che puó verificare la validità delle variazioni apportate attraverso una riverifica in linea dell’elemento stesso. I setti intesi come pareti in muratura vengono invece verificati secondo il metodo delle Tensioni Ammissibili in accordo con il DM 81. Come per tutti gli elementi é possibile gestire per ogni singolo elemento i parametri di verifica quali eccentricitá della parete, delle azioni sovrastanti o sottostanti il setto, il grado di vincolamento esterno ecc. Verifiche di resistenza al fuoco Le verifiche di resistenza al fuoco per le sezioni di C.A. di travi e pilastri sono eseguite in accordo con la normativa UNI 9502 del 2001, successive integrazioni ( D.M. 29-03-2007) ed all'Eurocodice 2 UNI EN 1992-1-2. Il programma, integrato in Verifiche e Disegno C.A. ricava da quest'ultimo le informazioni relative alla geometria della sezione, alle armature inserite ed ai materiali che la costituiscono. L'estensione, oltre che definire i parametri tipici relativi alle verifiche di resistenza al fuoco (curve d'incendio, trasmissibilità dei materiali ecc..), consente di modificare le condizioni delle sezioni analizzate sia inserendo dei rivestimenti che modificando il tipo di condizioni al contorno imposte sui bordi.
Questo modulo esegue la verifica delle aste metalliche di strutture precedentemente modellate e calcolate con il modulo di Analisi Strutturale. Le modalità di verifica contemplate prevedono l'utilizzo della Normativa Italiana alle Tensioni Ammissibili CNRUNI 10011 e agli Stati Limite Ultimi in accordo con l'Eurocodice 3. La facilità di utilizzo e la completa interattività consentono al progettista di intervenire in modo rapido a definire l'elemento
da verificare, le sollecitazioni da includere nella verifica, ed il tipo di verifica da condurre. La verifica si può effettuare sul singolo elemento oppure su più elementi contigui (come ad esempio il corrente superiore di una capriata modellata da più elementi finiti trave). Ampio risalto è dato in tutto il programma al controllo dei parametri che condizionano la verifica degli elementi in acciaio (snellezze degli elementi, lunghezze di libera inflessione, tipi di
verifica adottati). Ad esempio, per l’attribuzione del valore di β, il programma prevede il calcolo secondo le formule suggerite da vari regolamenti e secondo le formule di Newmark; in ogni caso tale valore è sotto il completo controllo del progettista che può valutarlo ed inserirlo direttamente. Un altro esempio: per le caratteristiche di sollecitazione da considerare il progettista può decidere di escludere da una verifica elastica le tensioni dovute ai momenti agenti fuori dal piano dell'asta in quanto assorbiti da elementi non strutturali. Le verifiche alle tensioni ammissibili − Verifica di Resistenza − Verifica di Instabilità per Sforzo Normale. sono eseguite in accordo con le istruzioni C.N.R. 10011/85 ed ultimo aggiornamento. Le verifiche agli stati limite ultimi sono condotte in accordo con l’EC3 ENV 1993-1-1. − Verifica di Instabilità per Presso-Flessione. − Verifica di Svergolamento La Verifica di Resistenza e la Verifica di Instabilità per Pressoflessione possono essere condotte dal programma includendo tutte le caratteristiche di sollecitazione (N, Mx, My),
oppure escludendone alcune in funzione del comportamento strutturale previsto dal progettista. La Verifica di Instabilità per Sforzo Normale è condotta secondo l'usuale metodo omega. Le tipologie previste in verifica per gli elementi sono: Profili Singoli, Profili Calastrellati, Profili Imbottiti, Profili Intralicciati. La Verifica di Svergolamento può svolgersi secondo le due modalità previste dal regolamento italiano: profili a doppio T e instabilità dell’ala compressa. Una volta decise dal progettista le verifiche da svolgere per le sezioni impiegate, il programma fornisce diverse funzionalità che consentono di ricercare, per ogni tipo di sezione, l’asta più sollecitata. In fase di verifica il progettista può cambiare sia le modalità di verifica che il tipo di sezione utilizzata. Inoltre il modulo può procedere all’ottimizzazione ed uniformazione dei profili impiegati, consentendo una riduzione del peso della struttura. Allo stesso scopo vengono evidenziate, con colori diversi, le tensioni di lavoro delle aste in tre campi (0 <= 0.33 σamm <= 0.66*σamm <= σamm) cosí da ottimizzare la gestione dei vari profili impiegati. Ovviamente vengono segnalate anche le aste non verificate.
ANALISI NON LINEARE Il nuovo codice di calcolo, consente di eseguire analisi non lineari al passo su strutture modellate, utilizzando WinStrand con inclusione degli effetti dovuti alla non-linearità geometrica strutturale globale. Gli elementi possono essere modellati tenendo conto della non linearità geometrica e/o materiale (elementi trave/pilastro a fibre o elementi con cerniere plastiche concentrate di estremità). E’ anche possibile eseguire delle analisi Push-Over sia su strutture in acciaio, che in c.a. Il nuovo modulo, salvando i risultati dell’analisi in formato standard, si interfaccia con i post-processori di WinStrand consentendo, ad esempio, l’esecuzione delle verifiche locali delle aste nel modulo di verifica dell’acciaio. GESTORE SEZIONI C.A. Consente di costruire uno o più DataBase personalizzati contenenti i dati e le modalità di progetto-verifica degli elementi in C.A. di uso più frequente. VERIFICHE E DISEGNO LASTRE Elaborazione interattiva grafica delle armature di elementi bidimensionali e verifica dello stato flessionale di platee, vasche, ecc. COMPOSITORE PROFILI gestisce l’archivio dei profili metallici e consente la creazione di tabelle aggiuntive di nuovi profili composti derivanti dall’unione di flange, anime e qualsiasi profilo disponibile in archivio. PREFLEX Esegue il progetto e la verifica a presso-tenso flessione deviata di sezioni e materiali qualunque, con il metodo delle T. A. e S.L.U. PALI Elaborazione della matrice di rigidezza locale dei pali o gruppi di pali, verifica della sezione del palo e progetto dell'armatura. VERIFICHE SEZIONI MISTE esegue l’input di sezioni miste acciaio-calcestruzzo di cui calcola automaticamente le caratteristiche statiche, secondo le CNR 10016 ed EuroCodice N.4
PARATIE di varie tipologie e materiali in suolo multistrato con o senza tiranti. Moti di Filtrazione, calcolo dinamico (MononobeOkabe), vincoli, carichi definiti ed indefiniti, forze e coppie concentrate, ecc. VERIFICHE E DISEGNO NODI ACCIAIO consente di svolgere, in maniera interattiva, la verifica dei nodi di strutture in acciaio secondo il metodo delle Tensioni Ammissibili (in accordo ad UNI 10011) ed il metodo degli S.L.U. (EC3). La visualizzazione tridimensionale in tempo reale consente di assistere a tutte le fasi del dimensionamento degli elementi che compongono il nodo e di intervenire sul posizionamento e sul dimensionamento di bulloni e saldature. Il risultato finale è esportabile graficamente in formato dxf. Attualmente le tipologie di collegamento sviluppate sono le seguenti: - collegamento di continuità trave-trave collegamento di continuità colonna-colonna - collegamento tra trave principale e secondaria - unioni trave/colonna - nodi di aste reticolari. CONDIVISIONE SOFTWARE IN RETE Consente l’installazione e l’utilizzo di WinStrand in più postazioni connesse in rete locale. L’avvio di un applicativo di WinStrand da una postazione, che chiameremo primaria, cerca automaticamente la connessone al computer che dispone della chiave hardware. Le rimanenti postazioni non possono utilizzare questo applicativo di WinStrand fino a che la postazione primaria non ne abbia terminato l’uso.
ENEXSYS S.R.L. Via Tizzano, 46/2 - 40033 Casalecchio di Reno (BO) Tel 051/57.65.05 Fax 051/57.60.06 www.enexsys.com