WinStrand è un programma modulare indirizzato alla modellazione, analisi, verifica e disegno di sistemi strutturali 3D in acciaio, cemento armato e muratura. La modularità del Sistema e gli Optionals disponibili permettono di adattare WinStrand alle diverse esigenze progettuali.
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.
Il pacchetto di programmi Analisi Strutturale, 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 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 dei nodi ed inserendo successivamente elementi, carichi, vincoli, ecc. I comandi a disposizione consentono la generazione del sistema strutturale e permettono di modificare, cancellare, duplicare nodi ed elementi rendendo estremamente rapido l'input di strutture anche molto complesse. È inoltre disponibile il link con Autodesk Revit Structure 2009 al fine di importare il modello strutturale. I carichi possono essere assegnati nel sistema di riferimento globale della struttura (eventualmente tenendo conto 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. 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), nei riguardi della rigidezza flessionale, assiale e torsionale (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 : 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 quali profili a doppio T (IPE, HEA, HEAA, W ecc.), a C (UPN, C…), ad L a lati uguali e disuguali eventualmente accoppiati, tubi tondi, tubi 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 le relative caratteristiche inerziali. L’associazione di differenti materiali alle sezioni consente di analizzare anche strutture miste. 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 e/o della presenza di vincoli di estremità cedevoli flessionalmente (vedi Vincoli). L'interazione suolo-struttura è schematizzabile mediante plinti, travi di fondazione, platee poggianti su terreno alla Winkler e pali o gruppi di pali. Le pareti, 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. Le pareti, sono schematizzabili utilizzando una sottostruttura costituita da una mesh trapezoidale di subelementi a 4 nodi con al massimo 5 elementi per ogni lato. In questo modo, tutte le complessità di calcolo e di gestione della mesh, sono ridotte al minimo pur preservando un alto grado di definizione locale del comportamento delle pareti unito alla possibilità di condurre sulle stesse le verifiche di normativa. Gli elementi bidimensionali, utilizzabili sia come elementi lastrapiastra 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 una maggiore accuratezza del calcolo permettendo di accoppiare elementi finiti tipo lastra e beam ed eliminando la necessità dell’utilizzo di elementi “boundary”. Ciò rende possibile al progettista la soluzione di problemi particolarmente complessi e delicati quali pareti di taglio alla Rossman-Beck, serbatoi, cupole, piastre forate ecc. Codice di Calcolo Esegue analisi statiche e dinamiche con differenti setup di calcolo; sono disponibili 400 condizioni di carico e 400 combinazioni di carico. Attualmente sono supportate le seguenti normative di verifica:
Tensioni Ammissibili: DM96 con integrazione, discrezionale da parte del progettista, della circolare 10/4/97 n. 65 Stati Limite:DM06 con integrazione, discrezionale da parte del progettista, della circolare 10/4/97 n. 65, O.P.C.M. 3274 (e successivi aggiornamenti), TU 2005, DM 2008. Le modalità di analisi strutturale previste sono: − Analisi statica. − Analisi dinamica per via Statica Equivalente. − Analisi dinamica per sovrapposizione modale con spettro di risposta in accordo con: DM 96, O.P.C.M. 3274 (e successivi aggiornamenti), TU 2005, DM 2008 sotto l'ipotesi di solaio infinitamente rigido. − Analisi dinamica per sovrapposizione modale con spettro di risposta in accordo con: DM 96, O.P.C.M. 3274 (e successivi aggiornamenti), TU 2005, TU 2008 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 Post-Processore Consente di visualizzare tutti i risultati del calcolo relativi al complesso strutturale. Sono a disposizione comandi di graficizzazione dei diagrammi relativi alle deformate (statiche, dinamiche ed animazioni) ed alle sollecitazioni (sforzi normali, tagli, momenti, tensioni, tensioni principali) e comandi atti a 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 modo veloce e consistente. La stampa dei tabulati di calcolo è personalizzabile e comprende i dati di input (geometria, carichi, vincoli, sezioni, materiali, tipo di calcolo ecc.) ed i dati di output (deformazioni, sollecitazioni, tensioni, ecc.)
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, 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 verificandone immediatamente la validità. L’Utente può, inoltre, definire solo un sottoinsieme delle sezioni per le quali rigenerare i criteri di progetto (evitando in questo modo di perdere le armature delle altre sezioni) e riprogettarne le armature. 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 allo stesso tempo l’accuratezza. Questo programma è indipendente dalla particolare normativa di verifica adottata (Tensioni Ammissibili, Eurocodice 2, DM 2008) 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. è stato modificato per tener conto dell’ordinanza 3274-3431 TU 2005 e DM 2008. Pertanto, le verifiche agli S.L., in accordo con la citate norme, tengono conto sia delle implicazioni dimensionali (minimi e massimi d’armatura, disposizione delle barre ecc.) sia della definizione delle azioni di calcolo (eventuale “capacity design”). 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 in seguito essere esportati in formato DXF o trascinati direttamente (Drag & Drop) all’interno di un disegno di Autocad. Gli elementi strutturali progettati e verificati sono: Pilastri, Travi e Travi di fondazione, Plinti e Setti.
Pilastri Questi elementi vengono sempre progettati e verificati a Presso-Flessione (l’Utente può scegliere fra: 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 il programma provvede, in base al criterio generale di verifica scelto (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 la riverifica in tempo reale dell’elemento stesso. La gerarchia delle resistenze fra travi e pilastri può essere gestita, da parte dell’utente, in vari modi. Dal classico metodo α di amplificazione dei momenti di progetto via via sino ad ignorare completamente la GDR nel progetto e verifica dei pilastri demandandola alla fase di verifica dell’equilibrio dei nodi in C.A. I disegni dei pilastri si possono ottenere in forma tabellare, di stilata o di pilastrario. Qualora i pilastri bordino pareti murarie schematizzate come bielle in muratura, il 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 sono 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 ed
armando 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. L’Utente può 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 delle staffe verticali a 'traliccio', i copriferri all’estradosso, all’intradosso e laterale, 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 sono progettate e verificate a Flessione, Taglio e, a discrezione dell'Utente, a Torsione. Il tasso di lavoro delle armature e del calcestruzzo è 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 sempre con il controllo in linea sia grafico sia alfanumerico delle modifiche apportate. Le modifiche sono permanenti e vengono salvate 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 permettendo all’Utente diverse modalità applicative delle normative CNR. In fase di progetto, qualora la sezione non sia “personalizzata” il programma provvede alla
predisposizione delle armature tramite il criterio di progettazione scelto. 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 o di un diaframma vengono progettati e verificati a pressoflessione tenendo conto del comportamento complessivo dell’insieme degli elementi che compongono il nucleo mentre le verifiche a taglio vengono svolte sui singoli diaframmi. Viceversa, nel caso di elementi isolati, vengono progettati e verificati a Taglio e a Pressoflessione Retta nel piano dell’elemento stesso. 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 e verificabili in linea. Il software permette di scegliere le modalità di amplificazione dei momenti e dei tagli (pareti duttili e pareti estese debolmente armate). Particolare risalto, in accordo con le normative agli SL, è dato alle modalità attraverso le quali svolgere le verifiche tenendo conto o meno dell’eventuale traslazione dei diagrammi complessivi del taglio e del momento sulla parete e del suo comportamento come parete debolmente armata. Nodi I nodi delle strutture in c.a. vengono progettati e verificati in accordo con l’ordinanza 3274-3431, il TU 2005, o il DM 2008. Le armature di nodo possono essere variate interattivamente. A valle di tutto il processo di calcolo, per le strutture che richiedono il rispetto della gerarchia delle resistenze trave pilastro, è possibile, a posteriori, controllare l’equilibrio nodale fra le azioni resistenti offerte da travi e pilastri in modo da garantire il livello di sovraresistenza richiesto.
Questo programma 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 CNR-UNI 10011/88 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) per i quali è possibile definire in modo permanente le modalità di verifica. 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 la stima 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. In generale, sulle membrature in acciaio, possono condursi i seguenti tipi di verifica: − Verifica di Resistenza − Verifica di Instabilità per solo Sforzo Normale − 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. Le tipologie previste nella verifica di instabilità a sforzo assiale sono: Profili Singoli, Profili Calastrellati, Profili Imbottiti, Profili Intralicciati. 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 sia 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 sono evidenziate, con
colori diversi, le percentuali di sfruttamento (σ/σamm alle TA o Sd/Sragli SL) delle aste cosí da ottimizzare la gestione dei vari profili impiegati e delle sezioni inadeguate a sopportare le sollecitazioni agenti.
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/S.L.E.. E’ possibile richiamare il modulo di verifiche al fuoco. L’Utente può personalizzare il database dei materiali. PALI Elaborazione della matrice di rigidezza locale dei pali o gruppi di pali, verifica della sezione del palo e progetto dell'armatura a flessione. VERIFICHE SEZIONI MISTE Esegue l’input di sezioni miste acciaio-calcestruzzo di cui calcola automaticamente le caratteristiche statiche, secondo le CNR 10016 ed EuroCodice 4. VERIFICHE E DISEGNO LASTRE Elaborazione interattiva grafica delle armature di elementi bidimensionali e verifica dello stato flessionale di platee, vasche, ecc. Il modulo effettua la verifica a punzonamento. 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. 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. E’ possibile creare nuovi profili con l’impiego di DXF. PARATIE Permette lo studio di varie tipologie e materiali in suolo multistrato con o senza tiranti. L’Utente può introdurre moti di filtrazione, calcolo dinamico (Mononobe-Okabe), vincoli, carichi definiti ed indefiniti, forze e coppie concentrate, ecc. VERIFICHE E DISEGNO NODI ACCIAIO L’applicativo consente di svolgere la verifica dei nodi standard di strutture in acciaio secondo il metodo delle Tensioni Ammissibili (in accordo ad UNI CNR 10011) ed il metodo degli S.L.U. (Eurocodice 3). 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. MURATURE I setti intesi come pareti in muratura vengono verificati secondo il metodo delle Tensioni Ammissibili e degli S.L. Come per tutti gli elementi é possibile gestire per ogni singolo elemento i parametri di verifica quali eccentricitá della parete, spinta del vento, altezza di calcolo, snellezza, modalità di calcolo delle azioni interne, ecc. E’ possibile condurre analisi statiche non lineari. EDIFICI ESISTENTI Il modulo di verifica degli edifici esistenti in campo lineare consente di determinare, per gli elementi classificati come esistenti, le grandezze che ne definiscono le capacità e di condurne le relative verifiche previste dal DM2008
e dalla Circ.617/2009. Il modulo consente la verifica in termini di resistenza (taglio e pressoflessione) e duttilità (capacità di rotazione) e la valutazione del moltiplicatore dell’azione sismica (vulnerabilità) che porta alla crisi. È reso possibile un rapido intervento sui coefficienti di sicurezza e sul fattore di confidenza per modificare la domanda e la capacità delle sezioni come richiesto dalle norme. I comandi di stampa permettono di avere i report dei parametri di applicabilità dell’analisi, i dettagli delle verifiche, le armature presenti negli elementi. VERIFICHE DI RESISTENZA AL FUOCO Le verifiche di resistenza al fuoco per le sezioni in 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 Eurocodice 2 UNI EN 1992-12. Il programma, integrato nei moduli Verifiche e Disegno C.A. e Preflex, utilizza la geometria della sezione e le armature inserite, permettendo di specificare i parametri tipici relativi alle verifiche di resistenza al fuoco (curve d'incendio, trasmissibilità dei materiali ecc.), consentendo di modificare le condizioni delle sezioni analizzate (inserimento di rivestimenti che modificano il tipo di condizioni al contorno imposte sui bordi).
ESTENSIONI SOFTWARE
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 connessione 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. 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 nonlinearità 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 alle 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 postprocessori di WinStrand permettendo, ad esempio, l’esecuzione delle verifiche locali delle aste nel modulo di verifica dell’acciaio.
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