Definizione dei Carichi

In questa parte l'esempio si occupa della definizione dei carichi per completare il modulo strutturale da duplicare in altezza (elementi e carichi) per ottenere gli altri livelli del telaio.

Si descrivono prima i carichi applicati sulle aree di carico, poi i carichi applicati direttamente agli elementi ed infine la duplicazione del modulo comune.

Definizione delle Aree di Carico

La presenza del peso proprio del solaio o i carichi accidentali applicati sul solaio si gestisce facilmente con l'impiego delle aree di carico. Le aree di carico operano come entità intermediarie tra le pressioni superficiali da applicare ed il sistema di elementi portanti.

A tale scopo si estrae la sottostruttura costituita dai soli nodi ed elementi del primo impalcato: in una vista assonometrica dell'intero modello, si attiva il pulsante sulla toolbar Clipping e si esegue un pick su un nodo qualsiasi appartenente al piano da estrarre.

Fig. 1 Vista assonometrica della sottostruttura su cui generare le Aree di Carico.

Per definire le aree di carico può essere impiegato il comando Genera del menu Carichi Aree il quale richiede di specificare nel relativo tool l'indentificatore della tipologia di area in generazione e di eseguire un pick all'interno di ciascuna maglia da caricare (procedura Genera Centro). Si ricorda che la direzione X di orditura dell'area di carico è influenzata dalla posizione di pick all'interno della maglia.

Fig. 2 Le aree di carico di tipo 1 generate sulle varie maglie del primo impalcato. Sui balconi e nella zona scale si definisce l'area di carico di tipo 2.

Per le Aree di Carico da prevedere sugli sbalzi e nella zona del nucleo scale si adotta una tipologia diversa (ad esempio il tipo n. 2) da quella impiegata sul resto dell'impalcato (ad esempio il tipo n. 1). In questo modo sugli sbalzi si riesce ad introdurre un carico accidentale diverso da quello previsto sul generico solaio. Nel nostro esempio definiremo anche una zona destinata ad uso uffici in cui l'orditura prevista per il solaio è quella incrociata. Faremo, quindi, riferimento alla tipologia di Area di Carico n. 3 per questa zona soggetta ad azioni più intense.

Per ora le tipologie definite nel modello sono solo (la n. 1 e 2) quelle rappresentate nella Fig. 3. La numerazione delle Aree di Carico viene richiesta con il comando Numera aree del menu Carichi Aree.

Fig. 3 La numerazione delle tipologie delle aree di carico generate sulle varie maglie del primo impalcato.

Per definire l'entità delle pressioni agenti sulle aree di carico nelle varie condizioni di carico si attiva il comando Definizione tipologia del menu Carichi Aree e si specifica l'input richiesto nel dialogo Definizione Carichi Superficiali

Fig. 4 Input richiesto per la definizione dell'area di carico ad orditura semplice.

Definiamo quattro tipologie di aree come riassunto nella tabella seguente:

Su tutte le aree agisce l'azione permanente nella condizione di carico n. 2.

L'area di tipo 1 sopporta il carico variabile (civile abitazione) nella condizione n. 3.

L'area di tipo 2 sopporta il carico variabile (balconi e le scale) nella condizione n. 4.

L'area di tipo 3 sopporta il carico variabile (uffici) nella condizione di carico n. 5.

L'area di tipo 4 sopporta il carico variabile (neve) nella condizione di carico n. 6.

L'orditura incrociata per l'area di carico di tipo 3 viene impostata come descritto nella seguente figura.

Fig. 5 Input di un'area di carico ad orditura incrociata.

I controlli da eseguire a questo punto sono rivolti ad indagare sulla direzione di orditura delle aree di carico ed il verso assunto dalle pressioni superficiali applicate. La direzione di orditura e la direzione positiva delle normali, relative alle varie aree di carico definite, è ottenibile con il comando Normali del menu Carichi Aree.

Fig. 6 La direzione delle normali e l'orditura delle aree di carico.

Per una migliore comprensione della direzione dei carichi sulle aste, agenti nella condizione di carico corrente, si impiega il comando Grafica carichi trasmessi del menu Carichi Aree dopo aver reso corrente la condizione di carico n. 2, ad esempio.

Fig. 7 Controlli consigliati dopo la generazione delle aree di carico.

Nel caso si voglia modificare la direzione di orditura di una o più aree di carico si può impiegare il comando Orditura del menu Carichi Aree. Per invertire la direzione del carico si può modificare il verso positivo della normale uscente (se il carico è riferito al sistema locale) con il comando Inverti del menu Carichi Aree, oppure cambiare segno alle pressioni definite nel dialogo Definizione Carichi Superficiali (se è riferito al sistema globale).

Per ulteriori dettagli, come ad esempio quelli relativi alla definizione di un'area di carico a sbalzo che scarica il carico portato solo su un bordo secondo la direzione di orditura impostata, consultare la Guida Rapida del comando Definizione tipologia.

Input dei Carichi Applicati agli Elementi

Per assegnare carichi agenti direttamente sugli elementi occorre tenere sempre sotto controllo l'identificatore della condizione di carico corrente. I carichi definiti direttamente sui nodi o gli elementi, infatti, si considerano applicati sempre nella condizione di carico corrente.

Alcune condizioni di carico sono state già impiegate con le aree di carico mentre la lista completa è riportata di seguito:

• condizione 1: pesi propri delle membrature;
• condizione 2: carichi permanenti;
• condizione 3: carichi variabili di civile abitazione;
• condizione 4: carichi variabili sui balconi e scale;
• condizione 5: carichi variabili per uffici;
• condizione 6: carichi variabili in copertura (neve).

Il carico peso proprio (condizione 1) verrà definito più avanti sul modello completo.

Nella condizione di carico 2 si prevede di far agire anche quello dovuto alle pareti del tamponamento esterno (vedi oltre).

La definizione delle azioni torcenti, da applicare alle travi che sostengono gli sbalzi, richiede di attivare, nel combo box sulla toolbar Condizione, l'indice n. 2 quando si applica la torsione dovuta ai carichi permanenti o l'indice 4 quando si applica la torsione prodotta dai carichi variabili. Con il comando Ridisegna del menu Visualizza si elimina l'informazione aggiuntiva nella sottostruttura corrente. Si sceglie il comando Genera lineari-Aste nel menu Carichi Elementi e nel tool Genera Carichi sugli Elementi Lineari si apre la pagina dedicata alla definizione delle coppie torcenti distribuite. Quì si specifica l'intensità della coppia da applicare mentre per la direzione del vettore momento si seleziona il comando Direzione dei carichi-Direzione X nel menu Carichi Elementi. Si passa, quindi, alla definizione di un rubber per l'individuazione della trave parallela all'asse X da caricare avendo scelto come direzione di selezione il pulsante (da nodo a nodo).

Fig. 8 Applicazione di coppie lungo l'asse di una trave.

Anche sulle altre travi si impiega lo stesso iter per definire l'azione torcente. È da tenere presente che la direzione della trave che sostiene lo sbalzo più piccolo è parallela all'asse Y globale per cui quando si applica il carico torcente su questa trave occorre rendere corrente la direzione di carico Y globale.

Fig. 9 Momenti torcenti applicati sulle travi portanti gli sbalzi dei balconi.

Duplicazione di Elementi e Carichi comuni

La parte di modello elaborata è completa degli elementi e dei carichi comuni. Sarà così anche in quella sovrastante la quale verrà ottenuta dalla prima per duplicazione impiegando l'opzione Trasla del comando Copia del menu Elementi. Per consentire la selezione del modello con un unico rubber abbiamo bisogno di introdurre un nodo ausiliario in corrispondenza dell'origine del sistema di riferimento indicato nella Fig. 10 collocato nel punto (0,-1.3,0). La presenza dello sbalzo ha arretrato di 1.30 m il confine del prisma che circoscrive il modello. Copiando il nodo (0,0,0) in direzione Y con un passo di -1.30 m si raggiunge l'obiettivo.

Fig. 10 Introduzione di un nodo ausiliario per consentire la selezione del modello corrente con un un unico rubber.

Ora si può procedere ad ampliare il modello come annunciato in precdenza. Nella pagina Trasla del tool Copia, rimasto aperto, si imposta la direzione di duplicazione Z ed il passo di copia di 3.30 m, pari a quello dell'interpiano esistente. Si evidenzia che in questo caso gli elementi da duplicare sono tutti tranne le travi di fondazione. A tale scopo si deseleziona il check button , nella pagina Nodi/Elementi del tool Copia, per non interessare anche gli elementi trave di fondazione nella duplicazione (per duplicare anche i carichi lasciare attivo il relativo check button in questa stessa pagina).

Fig. 11 Copia del modulo base in direzione Z con un passo pari all'interpiano del modulo stesso. Si fa notare che nella copia sono esclusi gli elementi Trave di Fondazione in quanto il relativo pulsante nel tool è stato disattivato.

Con un rubber si seleziona il modulo da duplicare nella direzione Z globale. Il numero di piani per cui si ripete ancora il modulo è pari a due per cui il campo Numero di copie della pagina Trasla deve essere impostato a 2 prima di definire il rubber 3D mostrato in Fig. 11.

Fig. 12 La prima parte dell'operazione di copia ha realizzato il modello sino al piano n. 3. Si procede ancora per arrivare al modello descritto nella figura successiva.

Indicando nel tool un numero di copie pari a 3 con lo stesso passo precedente e definendo un rubber 3D come mostrato in Fig. 12 si ottiene quanto mostrato nella Fig. 13. In questo caso si è duplicato solo una parte del modulo base del terzo piano.

Fig. 13 Modello in costruzione.

Per completare la modellazione della struttura occorre introdurre, ove necessario, le caratteristiche eventualmenti presenti che si differenziano da quelle del modulo base con cui si è generato il tutto. Nel nostro caso occorre assegnare alle maglie del primo impalcato il carico uffici ed al solaio di copertura quello relativo alla neve. Con il comando Assegna tipologia del menu Carichi Aree si attribuisce alle aree di carico del primo impalcato la tipologia n. 3 dopo averle estratte con un clipping .

Fig. 14 Attribuzione del carico Uffici sul primo impalcato.

Per le aree di copertura del terzo impalcato e dell'ultimo si procede nella stessa maniera: si estrae con un clipping la sottostruttura su cui intervenire e si assegna la tipologia di area di carico n. 4 alle maglie soggette a questo tipo di carico.

Fig. 15 Solo le maglie indicate dal n. 4 sono quelle soggette al carico neve (impalcato n. 3).

Sul modello completo applichiamo i carichi dovuti ai tamponamenti esterni (vedi Genera tamponamenti) accomunandoli ai permanenti della condizione 2. Nella fase di lavoro rappresentata nella Fig. 16 si è estratta la sottostruttura costituita dai primi tre impalcati. Con una sequenza di rubbers si procede ad individuare le maglie del telaio poste in facciata che devono essere caricate con il carico dei tamponamenti. Estraendo di volta in volta le porzioni di modello opportune si agevola l'individuazione delle parti da caricare.

Fig. 16 Carichi dovuti ai tamponamenti esterni.

Andiamo ora ad attribuire ai pilastri spiccanti dalla fondazione la tipologia di pilastro n. 2 attraverso il comando Assegna sezioni-Pilastri del menu Elementi, come mostrato in Fig. 17.

Fig. 17 I pilastri spiccanti dal piano di fondazione sono definiti di tipologia 2.

Ai setti spiccanti dalla fondazione deve essere assegnata la sezione di tipo 2 (quella con la flangia a contatto con il suolo). Il comando Assegna sezioni-Setti Specchiatura del menu Elementi ci consente di condurre questa modifica.

A questo punto non resta che passare alla definizione del tipo di analisi da condurre per cui si può procede alla eliminazione dei nodi ausiliari con il comando Cancella nodi-Non Connessi del menu Nodi e si archivia la versione corrente del progetto.