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Analisi sismica e statica di strutture in muratura

3Muri è il programma italiano leader nato specificatamente per il calcolo sismico e statico delle strutture in muratura secondo le NTC 18, EC6, EC8, SIA. Non è semplicemente l’adattamento di un software FEM generico ma 3Muri è stato sviluppato in modo specifico per la progettazione di edifici nuovi o l’esame di edifici esistenti, in muratura e misti (con elementi in cemento armato, acciaio e legno), di piccole o grandi dimensioni.

Punti di forza di 3Muri sono l’estrema semplicità d’utilizzo e un metodo di calcolo rigoroso e innovativo, riconosciuto dalla comunità scientifica italiana e internazionale.

Il metodo di calcolo FME per l’analisi push-over

Il metodo di calcolo FME – Frame by Macro Element, schematizza la struttura attraverso un telaio equivalente costituito da un particolare tipo di elemento, detto macroelemento. Il solutore del software ha dimostrato la sua affidabilità grazie a test effettuati presso numerose Università e Centri di ricerca nazionali e internazionali, con risultati in grado di rappresentare fedelmente il reale comportamento delle strutture analizzate. Dall’analisi effettuata è quindi possibile prevedere i necessari interventi di adeguamento sismico, mediante il rinforzo delle murature esistenti o l’inserimento di nuovi elementi in muratura o muratura armata.

Ambiente grafico

Il programma dispone di un modulo grafico per l’introduzione della struttura con comandi intuitivi, di un solutore per la creazione del modello di calcolo e la relativa soluzione, di un post-processore per la presentazione immediata dei risultati e la creazione della relazione di calcolo.

Riferimenti normativi

In tutte le fasi di input è possibile controllare le richieste della normativa in uso e le tabelle relative (ad es. le caratteristiche dei materiali).

Multilingua e multinorma

Pronto per il BIM

Da sempre S.T.A. DATA è al passo con le nuove tecnologie. Una filosofia che non può naturalmente escludere 3Muri, il software che rappresenta un imprescindibile punto di riferimento per i progettisti. Ecco perché 3Muri è interoperabile con i software più diffusi che adottano la metodologia BIM per la fase di input e di output. Questo vuole dire che è in grado di leggere e scrivere file IFC sia per la fase di input che per il collegamento con altri software BIM (Revit®, Allplan®, Archicad®).

Metodi di modellazione

3Muri permette la modellazione dei diversi elementi della struttura: pareti, tetti, solai, questi ultimi considerati secondo la loro effettiva rigidezza.

Consente di calcolare le strutture in muratura modellando i diversi elementi: pareti, solai, tetti, elementi aggiuntivi in cemento armato, acciaio, legno (travi, pilastri, setti).

3Muri considera i solai con l’effettiva rigidezza degli elementi che lo costituiscono; ciò permette di simulare il comportamento complessivo e di poterne valutare il contributo, senza necessariamente renderli infinitamente rigidi. In particolare sono previste tutte le tipologie di solaio:

E’ noto infatti che la rigidezza del solaio, soprattutto per i solai a bassa rigidezza come quelli in legno, condizionano fortemente il comportamento complessivo sotto sisma.

La costruzione del modello viene eseguita in modo interattivo, introducendo graficamente la struttura e controllando in ogni momento i dati ed i risultati.

La prima fase prevede l’input completamente grafico della struttura attraverso “oggetti strutturali”: pannelli di muratura, travi e pilastri in c.a., acciaio, legno, muratura, catene, e cordoli.

Successivamente sono calcolati, in automatico, parametri fondamentali per l’analisi “push-over” come la flessibilità dei solai. Infine, il modello viene completato con i carichi introdotti direttamente sui solai, i vincoli, e le caratteristiche del terreno. La distribuzione dei carichi sugli elementi verticale è calcolata automaticamente.

Elementi e parametri

3Muri permette l’inserimento degli elementi attraverso la lettura dei disegni DXF e IFC, definendo le relative caratteristiche dei materiali.

Per tutti gli elementi previsti, vi è una sessione dedicata all’inserimento della geometria attraverso la lettura di disegni in formato DXF e IFC.

L’inserimento del materiale prevede la possibilità di richiamare le tabelle previste da normativa. Oltre agli elementi semplici, come pannelli murari, travi in c.a., legno e acciaio, setti e catene, 3muri offre la possibilità di inserire anche elementi composti:

Pannello + cordolo
Pannello + trave
Pannello + catena
Pannello + rinforzi

La finestra di definizione è divisa in due parti, per permettere l’inserimento delle caratteristiche meccaniche di entrambi gli oggetti strutturali. Scelta la tipologia strutturale è possibile editare le caratteristiche geometriche dell’elemento ed accedere alla libreria dei materiali a disposizione.

Strutture di copertura/Copertura non strutturale/Copertura strutturale/Tracciamento profili tetto

Strutture di copertura

Le coperture in 3muri sono costituite da un insieme di elementi strutturali che fanno parte del livello attivo; è quindi possibile definire un tetto per ogni livello. Questa modalità di inserimento permette di definire un sistema di coperture a quote differenziate.

Le falde possono appartenere a diverse famiglie strutturali, come ad esempio quelle del legno e del latero cemento:

Ci sono due tipologie di coperture in 3muri, la “non strutturale” o la “strutturale”.

Copertura non strutturale

Nel caso di una copertura NON strutturale come quella in legno di una struttura esistente, affidare la portanza sismica e la capacità di trasferire le forze a un sistema a bassa rigidezza, di cui spesso si possiedono limitate informazioni in merito al buon ammorsamento con la muratura, costituisce un rischio che il progettista può non voler correre. Quindi, è bene trascurare resistenza e rigidezza di tali elementi, facendo in modo che non entrino in gioco al momento della mesh e vengano trasformati in carichi applicati alla struttura sottostante. Le stesse porzioni in muratura (es. timpani), in assenza di falde a buona rigidezza, potrebbero dar luogo a meccanismi di fuori piano; in tal caso, sarebbe opportuno omettere la rigidezza di tali elementi murari. In questa condizione, la mesh dell’edificio sarebbe la medesima al caso in cui fosse stata eseguita la mesh prima di inserire il tetto.

Copertura strutturale

Nel caso di una copertura strutturale, in cui la falda possieda una rigidezza significativa, è possibile utilizzarla per avere una ripartizione delle forze più coerente con la realtà. In tal caso, è necessario che nella mesh della struttura siano coinvolti tutti gli elementi strutturali della copertura. Le falde sono costituite da superfici (anche NON piane) che vengono discretizzate mediante mesh triangolare con elementi di tipo membrana (stesso elemento usato per i solai). Data l’irregolarità delle strutture esistenti, capita spesso che per seguire in modo accurato il profilo murario vengano posate travi dell’orditura di una singola falda non complanari, questo è il motivo per cui è possibile inserire anche falde non piane. Inoltre, i maschi murari vengono modificati in altezza e forma per seguire correttamente il perimetro della falda.

Esempio di mesh mostrato nell’ambiente analisi

Altezze effettive utilizzate per il calcolo

Tracciamento profili tetto

I profili tetto sono elementi utili esclusivamente per la modellazione della copertura e possono essere creati e modificati nell’ambiente copertura.

Questi elementi servono a definire gli elementi principali dell’orditura quali colmi, compluvi e displuvi. Inoltre, nel piano di copertura possono essere inseriti sia le aperture nei timpani, che pilastri di sostegno degli elementi di orditura.

Carichi

I carichi vengono applicati direttamente sui solai. Il peso proprio delle murature è calcolato in automatico mentre i carichi dei solai, suddivisi tra permanenti e variabili, sono ripartiti automaticamente sulle murature su cui appoggiano secondo la loro reale disposizione, monodirezionale o bidirezionale.

Le tipologie di carico disponibili sono:

concentrati sui solai
concentrati sui muri
lineari sui solai
lineari sui muri
distribuiti sui solai e sui balconi

Edifici nuovi

3Muri consente il calcolo di edifici nuovi attraverso la modellazione di tutti gli elementi strutturali. La versatilità del programma permette la progettazione di edifici semplici e complessi.

Interventi per l'adeguamento e il miglioramento

Il Capitolo 8 delle NTC prevede interventi di tipo locale, di miglioramento e di adeguamento; la simulazione di questi interventi si può facilmente realizzare con 3Muri.

E’ possibile utilizzare un’ampia gamma di elementi di rinforzo come catene, applicazioni di FRP, intonaco armato, iniezioni su pareti, irrigidimento dei solai ecc.
Non tutte le strutture esistenti sono in grado di rispondere all’intensità sismica richiesta e per questo può essere necessario intervenire con opere di rinforzo. Inoltre, nel tempo, è possibile che siano stati aggiunti elementi di rinforzo di cui è necessario tener conto nel modello di calcolo.

Il Capitolo 8 delle NTC prevede inteventi di tipo locale, di miglioramento e di adeguamento; la simulazione di questi interventi si può facilmente realizzare con 3Muri attraverso un’ampia gamma di elementi di rinforzo come: catene, applicazioni di FRP, intonaco armato, iniezioni su pareti, irrigidimento dei solai, ecc.

Si possono anche inserire nuovi elementi come travi, pilastri, setti e pareti in c.a., telai e controventi in acciaio.

Nel caso in cui non sia possibile determinare compiutamente gli elementi, è necessario procedere con il progetto simulato, ipotizzando ciò che è stato previsto all’epoca della realizzazione.

Per il progetto di questi elementi è previsto il collegamento automatico con il software Axis VM. Ulteriori analisi si possono effettuare con il programma SaiTu.

Rinforzi strutturali

Il modello strutturale può comprendere anche elementi che sono soggetti a diverse tipologie di rinforzi. In particolare può rendersi necessario inserire nuovi elementi al fine di adeguare sismicamente la struttura che non ha raggiunto il livello di sicurezza richiesto.

Attraverso l’esame degli elementi deteriorati è possibile individuare le zone soggette a rinforzo.

Le tipologie di rinforzi sono: