5 errori comuni nella progettazione strutturale

L‘analisi strutturale è un compito molto complesso. Durante la configurazione è facile commettere un errore.
Qui trovate una check list degli errori più comuni e alcuni consigli sul modo migliore per risolverli.

Prima di iniziare una progettazione strutturale, una delle strategie migliori è quella di stimare i risultati del calcolo con metodi semplificati o almeno di fare un’ipotesi sui risultati attesi:

• Come dovrebbe comportarsi e deviare la struttura finale?
• Qual è l‘andamento/la grandezza approssimativa prevista delle forze interne nel modello?
• Ci sono limiti alle dimensioni delle parti strutturali di cui dobbiamo tenere conto?

Molto spesso, queste informazioni fanno parte del portfolio di un ingegnere strutturale esperto. È buona norma in ogni studio di progettazione strutturale esaminare i progetti eseguiti, prima di affrontare la progettazione di una struttura simile. Qui la biblioteca di Progetti pubblici disponibile in WeStatiX diventa molto utile, mettendo a disposizione un’ampia gamma di modelli strutturali e i loro risultati.

In questo modo, è possibile analizzare progetti simili, avere un’idea dei risultati e ottenere una conferma sulla modellazione giusta per il tipo di struttura a cui ci si sta avvicinando.

Forse l’errore più grande nella progettazione strutturale è evitare l’uso della tecnologia CAE. Piattaforme di progettazione strutturale basate sul cloud come WeStatiX rendono la simulazione numerica accessibile e disponibile a tutti in modo molto efficiente. I maggiori vantaggi dei metodi di progettazione computazionale rispetto alle classiche procedure manuali sono:

• Più preciso e
  vicino alla realtà
  modelli strutturali;
• Facile modifica e ottimizzazione della struttura “a posteriori”;
• Calcoli rapidi e senza errori;
• Memorizzazione chiara e affidabile dei risultati.

A volte, gli ingegneri esperti criticano l’uso di programmi di simulazione avanzati. A loro avviso, un’eccessiva fiducia negli strumenti di simulazione potrebbe portare gli ingegneri a sottovalutare l’importanza di risolvere il problema manualmente. Al contrario, l’uso delle tecnologie di progettazione più avanzate non mira a sostituire la capacità di risolvere i problemi degli ingegneri. L’obiettivo è eliminare le operazioni lente, noiose e ripetitive dal flusso di lavoro della progettazione. Strumenti come
WeStatiX
permettono di eseguire procedure di progettazione che richiedono troppo tempo se eseguite manualmente. Un esempio è l’ottimizzazione iterativa della geometria della struttura, che può portare a un significativo risparmio di materiale e all’aumento della sicurezza strutturale.

Spesso gli ingegneri civili possono essere tentati di modellare giunti e supporti in modo non conforme al comportamento reale della struttura. Soprattutto nel caso di giunti tra elementi strutturali in acciaio, i collegamenti perfettamente rigidi sono spesso complessi e costosi da realizzare. Pertanto, sono scarsamente utilizzati per le costruzioni comuni.

Modellando la struttura come se fosse più rigidamente connessa di quanto non lo sia nella realtà, stiamo lavorando sul lato non sicuro. I sistemi staticamente più indeterminati (detti anche iperstatici) tendono a ridistribuire le azioni interne. Pertanto, mostrano picchi globalmente più bassi del momento flettente. Per questo motivo, è buona norma modellare attentamente le connessioni tra elementi strutturali, pareti e solai. Ad esempio, possiamo utilizzare molle o cerniere per tenere conto della possibilità di rotazione relativa.

Può sembrare un errore raro, ma a volte la struttura risulta instabile a causa di supporti o giunti definiti in modo errato.

Infatti, risolvendo la struttura tramite
FEM
non è possibile se il modello è libero di muoversi in una certa direzione. Lo stesso accade se la struttura può ruotare attorno a un certo asse senza opporre alcuna resistenza. Dobbiamo ricordare alcune semplici regole, almeno quando si tratta di strutture semplici:

• Nessuna trave dovrebbe essere completamente libera di ruotare attorno al proprio asse x-locale. Anche se non viene applicato alcun carico torsionale;
• Nel caso di strutture che giacciono e vengono caricate in un piano (modello 2d), bisogna assicurarsi di bloccare gli spostamenti e le rotazioni della struttura fuori dal piano;
• Nel caso di modelli 2d composti solo da membrature (come i telai), la quantità di indeterminazione statica della struttura n non dovrebbe mai essere negativa. Possiamo calcolare l’importo con la formula n = a + z – 3s. Qui, a è il numero di condizioni al contorno esterne (massimo 3 per un supporto fisso), z è il numero di vincoli interni (massimo 3 per una connessione rigida) e s è il numero totale di membri della struttura.

Un modo pratico per evitare i modelli labili può essere quello di definire i DOF da connessioni o supporti come molle con rigidità trascurabile. Anche l’influenza sui risultati di queste molle è solitamente trascurabile. Tuttavia, l’uso di molle evita spostamenti o rotazioni incontrollate della struttura.