Definizione del tipo di calcolo

Il tipo di analisi strutturale da condurre sul modello si definisce con il comando Definizione calcolo (Pre-Processore - Calcolo) e tra i principali parametri da impostare troviamo:

  1. Il tipo di analisi.
  2. Normativa di riferimento (Tensioni Ammissibili o Stati Limite).
  3. Nomi da assegnare alle condizioni di carico.
  4. L'utilizzo o meno dell'algoritmo che provvede a scaricare le aste a comportamento monolatero, qualora siano state introdotte nel modello. Questa opzione è tenuta in conto solo in un'analisi statica. È necessario impiegarla nel caso di pannelli murari (modellati come bielle equivalenti) collaboranti con il telaio (non si usa con i setti in muratura).
  5. L'utilizzo o meno dell'algoritmo iterativo del secondo ordine detto P-Delta (solo per analisi statica).
  6. L'opzione Tieni conto delle eccentricità degli assi baricentrici che attiva il calcolo comprensivo delle azioni dovute alle eccentricità degli assi baricentrici degli elementi tipo asta (opzione tipicamente impiegata nel calcolo di un ponteggio realizzato con aste in acciaio).

Tipo di Analisi

La scelta circa il tipo di analisi da eseguire distingue la statica dalla statica con dinamica. L'analisi dinamica, a sua volta, può essere condotta nelle seguenti modalità:

  1. via statica equivalente (lineare statica)
  2. via analisi modale senza condensazione dei gradi di libertà (lineare dinamica -lumped mass)
  3. via analisi modale con condensazione dei gradi di libertà (lineare dinamica con ipotesi di impalcati rigidi).

Il tipo 3 prevede l'opzione con cui non si trascurano le masse associate ai nodi liberi (nodi non appartenenti ad alcun solaio).

Altre tipologie di analisi specifiche disponibili sono:

  1. Analisi statica ed Azioni di piano per strutture prefabbricate (implica l'assunzione dell'ipotesi di impalcato rigido)
  2. Analisi statica ed Analisi di Buckling.

L'analisi tipo 1 serve per simulare convenzionalmente, con delle azioni sismiche equivalenti definite dall'utente, le forze orizzontali dovute alle eccentricità degli assi delle colonne, da prevedersi nelle strutture prefabbricate secondo le indicazioni di normativa.

WinStrand può essere impiegato anche per l'analisi nel dominio del tempo (Time History) meglio descritto più avanti nel paragrafo dedicato a questo argomento.

Normativa di riferimento

Le norme di riferimento indicate sono tutte quelle che attualmente possono essere impiegate nel nostro Paese: tensioni ammissibili o stati limite. Per entrambe le scelte c'è la possibilità di selezionare la particolare versione di decreto ministeriale in abbinamento o meno alla particolare circolare o ordinanza resa vigente nel corso del tempo.

La scelta impostata in questo punto indica al software quale spettro di risposta impiegare nella determinazione dell'azione sismica ed in particolare con quale set di parametri deve essere gestito.

Una seconda conseguenza della suddetta scelta riguarda la prescrizione dei minimi di normativa richiesti dalla normativa selezionata per la conduzione delle verifiche.

E' da considerare un punto fermo l'adozione delle metodologie di verifica descritte negli Eurocodici ogni volta che si pone la scelta sul metodo agli stati limite, a prescindere dalla selezione fatta sulla particolare normativa italiana.

Nomi delle Condizioni di Carico

I nomi delle condizioni di carico, che appaiono inizialmente in tabella, coincidono con quelli standard predisposti dal programma e cioè Condizione 1, Condizione 2, ecc. Generalmente tali nomi vengono sostituiti dall'utente con altri in grado di descrivere meglio il genere di condizione di carico a cui ci si riferisce. Una possibile denominazione potrebbe essere la seguente:

Condizione 1: G.Peso Proprio
Condizione 2: G.Permanenti
Condizione 3: Q.200
Condizione 4: Q.400

Un nome può essere formato da una serie di parole separate da spazi vuoti. Si possono impiegare tutti i caratteri alfanumerici maiuscoli e minuscoli in qualsiasi combinazione. Tali nomi vengono poi riportati nella relazione di calcolo, che si richiede con i comandi del menu Stampe del Post-Processore, ed in generale negli output ottenuti in tutti gli altri moduli interattivi. I nomi brevi facilitano la visualizzazione a monitor delle pagine successive di questo dialogo (ad esempio G.Peso Proprio può essere sostituito meglio con G.pp, G.Permanenti può essere sostituito da G.perm).

Se si decide di eseguire un'analisi sismica nelle direzioni di ingresso alfa1, alfa2, alfa3 ed alfa4 il programma crea le relative condizioni di carico e nella pagina dedicata ai nomi delle condizioni di carico sismiche si noteranno le quattro condizioni denominate automaticamente Sisma alfa1, Sisma alfa2, Sisma alfa3, Sisma alfa4.

Per definire correttamente un tipo di calcolo occorre completare le successive finestre di dialogo che vengono aperte in cascata e confermare le scelte con i pulsanti Avanti o Fine.

Nel caso si voglia modificare, in un secondo momento, uno o più parametri già definiti è sufficiente richiamare il comando e cambiare i valori mostrati nei rispettivi campi ed al termine chiudere confermando le scelte. In questo modo, l'ultima definizione del calcolo sostituisce la precedente.

Molti altri dettagli sono disponibili nella Guida in Linea del comando Definizione calcolo a cui si rimanda.

Analisi Statica Non Lineare

La definizione dell'analisi statica non lineare (Analisi P-Delta, Analisi con aste a comportamento monolatero o con entrambe le caratteristiche) avviene senza nessuna differenza rispetto a quella statica lineare ad eccezione della richiesta di attivazione della corrispondente opzione disponibile nel dialogo del comando Definizione calcolo.

Nel setup del Codecal ci sono i parametri da specificare per stabilire il numero di iterazioni massimo da impiegare, il livello di sforzo assiale massimo da assumere come limite per definire un'asta scarica o la distanza di riferimento tra gli spostamenti di due iterazioni successive che consente di giudicare l'ultima deformata calcolata coincidente con quella asintotica.

In presenza di pareti di muratura (modellate con bielle) collaboranti con il telaio, l'analisi da richiedere è di tipo non lineare (è come se si fossero inserite bielle resistenti solo a compressione).

Quando dall'analisi risultano setti in muratura in trazione vuol dire che si è omesso di attivare l'analisi non lineare per cui è necessario rientrare nel Pre-Processore, modificare la richiesta del tipo di analisi (Analisi con aste a comportamento monolatero) e ripetere il calcolo.

Metodo di Analisi Dinamica

Il dialogo per la definizione dell'analisi dinamica ha una sezione dedicata alla scelta del metodo di calcolo dinamico. La scelta va fatta tra l'Analisi Completa, che ricerca i primi n modi di vibrare del modello (n viene impostato dall'utente nel CodeCal) e con questi descrive il comportamento dinamico della struttura, oppure via metodo di Ritz, il quale ricerca solo i modi di vibrare che contribuiscono a descrivere il comportamento dinamico secondo direzioni specifiche. Del metodo di Ritz è disponibile un paragrafo di approfondimento in questo capitolo.

Per quanto riguarda la scelta del metodo di calcolo si fa notare che l'Analisi Completa si specializza in due sottotipi quando si conduce un'analisi dinamica con condensazione dei gradi di libertà:

  1. Analisi semplificata (Annex A EC8);
  2. Valutazione Modi Eccentrici

L'analisi semplificata è quella descritta nell'allegato A dell'Eurocodice 8. Si definisce un campo di momenti torcenti valutato come si fa per via statica equivalente. I momenti si applicano nei baricentri delle masse di piano insieme alle forze sismiche, calcolate con l'analisi modale sulla struttura priva di eccentricità accidentale e comprensiva delle sole eccentricità effettive.

Il calcolo via valutazione dei modi eccentrici considera i modi di vibrare valutati sulla configurazione eccentrica (ci sono sia le eccentricità effettive che quelle aggiuntive) e pertanto non vengono aggiunti i momenti torcenti suppletivi.

L'analisi semplificata è adatta solo per strutture regolari, come evidenzia l'EC8. Il calcolo via valutazione dei modi eccentrici ha applicabilità generale. In entrambi i casi è molto importante validare il calcolo con il raggiungimento della massa modale efficace necessaria.

Direzioni di ingresso Sisma

L'introduzione di un angolo negativo qualsiasi, tipicamente -1, nel campo Direzioni di ingresso Sisma, comporta la definizione di un'azione sismica verticale. Il campo di cui sopra è predisposto per l'input di una serie di angoli di ingresso; a tale scopo è sufficiente separare i diversi valori con almeno uno spazio oppure con una virgola. La direzione di ingresso fa riferimento, nel piano X-Y, all'orientamento dell'asse X del sistema di riferimento globale.

In caso di analisi sismica che prevede il sisma verticale su una struttura dotata effettivamente di solai rigidi, occorre scegliere una delle seguenti strade:

Avendo il nodo Master di un solaio esclusivamente componenti di spostamento di traslazione in direzione X ed Y, oltre alla rotazione attorno all'asse Z, ed essendo la massa concentrata in tale nodo, ne deriva che il risultato dell'analisi dinamica con condensazione dei gradi di libertà contempla spostamenti esclusivamente di traslazione del piano rigido restando parallelo alla giacitura originale. Gli spostamenti fuori piano rilevabili sul singolo nodo derivano solo dalle altre azioni non sismiche (non possono derivare dal sisma verticale per l'assenza della massa traslante in direzione Z). Per questo motivo non è possibile calcolare gli effetti del sisma verticale su un nodo in presenza della definizione di impalcati rigidi.

Quando, però, si attiva l'opzione Considera le masse dei nodi liberi, il metodo di calcolo si modifica così:

In questo caso il numero complessivo di modi di vibrare da calcolare dipende dal numero di solai definiti e dal numero di nodi liberi presenti. La tecnica di calcolo consueta considera di mettere in conto solo i primi modi di vibrare (ordinati per periodo decrescente) per cui diventa importante tenere sotto controllo la percentuale di massa modale efficace per la validazione del calcolo stesso.

Fattori di partecipazione per il calcolo delle masse

I fattori di partecipazione per il calcolo delle masse influiscono sulla valutazione delle proprietà dinamiche della struttura, cioè sulla valutazione delle masse sismiche in gioco e quindi sul calcolo del periodo proprio To del sistema strutturale ed, in definitiva, sull'entità delle azioni sismiche.