Software

WIN_STAR [inglese] 

Descrizione generale

Win_STAR (Easy OPCM) è una raccolta di moduli, inseribili in una installazione ENG, concepita per fornire uno strumento semplice ed efficace, di analisi del comporatmento strutturale degli edifici progettati in zona sismica.

In queste poche pagine troverete delle informazioni utili a utilizzare da subito i moduli di WIN_STAR.

Tutti i moduli sviluppati in questa prima versione, sono semplici, essenziali e pratici.


Win_FOR

E' un modulo che fornisce all'utente, uno strumento di lavoro agevole, per descrivere una generica distribuzione di pesi, mettendo a disposizione per ogni impalcato dell'edificio il valore complessivo dei pesi ed il relativo baricentro (il momento polare nel caso di analisi dinamica) per poi essere automaticamente elaborati per dare le forze sismiche di piano.

Il modulo in questione è un aggiornamento del vecchio PC_FOR che è stato riscritto per il nuovo ambiente windows (da qui il prefisso Win); contemporaneamente in Win_FOR il calcolo è stato adeguato alla nuova ordinanza OPCM 3274.

Gli utenti che hanno già usato i moduli di PC_STAR, dovrebbero essere in grado di utilizzare i nuovi moduli di Win_STAR assai velocemente.

Win_FOR ha recepito la nuova OPCM ma può essere utilizzato anche con degli spettri di accelerazione generici per poter fare l'analisi secondo le norme contenute nel DM '96.

In definitiva Win_FOR è un programma semplice e pratico, questa è la nuova versione windows che ingloba i contenuti raccolti nella nuova OPCM.


Dati generali edificio


I primi due dati che si devono inserire in questa pagina dipendono dalla zona in cui verrà realizzato l'edificio.

Per quanto riguarda il "Fattore di struttura" q si valuta con la formula


Dove q
0 è legato alla tipologia strutturale (strutture a telaio, a pareti, miste telaio-pareti, a nucleo), KD è un fattore che dipende dalla classe di duttilità della nostra tipologia strutturale, KR è un fattore che dipende dalle caratteristiche di regolarità dell'edificio.

"Periodo proprio struttura": per edifici che non superano i 40 m. di altezza, in assenza di calcoli più dettagliati, T1 si può stimare con la formula T1=C1H¾

Dove H è l'altezza dell'edificio in metri dal piano di fondazione, e C1 vale 0.085 per edifici con struttura a telaio in acciaio, 0.075 per edifici con struttura a telaio in calcestruzzo e 0.050 per edifici con qualsiasi altro tipo di struttura.

Diamo per scontato che l'introduzione di questi dati sia stata fatta correttamente.

Punti caratteristici

Il metodo tradizionale per definire i punti caratteristici consiste nell'inserire all'interno dell'apposita finestra le coordinate di tutti i punti che ci servono per definire i campi piani (solai o parti di solaio) e i campi lineari (pareti) che utilizzeremo nell'analisi.


I punti caratteristici si possono inserire anche con il mouse.

Prima di utilizzare questa tecnica, conviene abilitare la casella snap e la casella mirino dall'apposito menù "File" ->Preferenze-> Miscellanea

Per l'inserimento dei vertici con il mouse si deve cliccare sul tasto dx dello stesso e scegliere dal pop up menù la corrispondente voce.

Puo' succedere che per un edificio a più piani la distribuzione dei punti caratteristici sia diversa ai vari livelli.

Si possono in questo caso definire i punti del livello più basso e successivamente i punti che individuano le variazioni ai livelli superiori.

Bisogna tener presente che nella finestra dei punti caratteristici ci devono essere tutti i punti utili a definire il nostro edificio alle varie altezze di piano che inseriremo.

Un'altra tecnica per definire in modo veloce e preciso, l'insieme dei punti che useremo per descrivere i campi piani e lineari (che abbiamo individuato all'interno del nostro edificio), si basa sulla lettura delle informazioni contenute all'interno di un file DXF preparato allo scopo.

Se disponiamo delle piante del nostro edificio, possiamo ricavare da esse un disegno rapido che contiene tutti i punti caratteristici utili a definire i contorni dei solai e i vertici delle murature importanti da un punto di vista del peso simico.

Il nostro disegno deve contenere esclusivamente delle polilinee.

Le polilinee devono rappresentare il contorno dei campi piani (poligoni) e le spezzate che individuano l'asse delle pareti che vogliamo considerare, per la valutazione dei pesi sismici che faremo con il modulo FOR.

Il contorno della nostra pianta può contenere dei punti utili per definire sia i campi piani che i campi lineari delle eventuali pareti perimetrali che considereremo.

Una volta realizzato un disegno che contiene tutte queste informazioni, lo esporteremo come file DXF.


Win_Star Una volta importato il file DXF da Win_FOR avremo la distribuzione di punti caratteristici che ci permetteranno di definire velocemente i campi piani e lineari che utilizzeremo per descrivere la nostra struttura ai fini dell'analisi che stiamo conducendo.


Consideriamo conclusa anche la parte che riguarda l'inserimento e la definizione di questi punti caratteristici della struttura.

Incidenze dei campi piani


In questa finestra dovremo inserire tutti i campi piani che ci serviranno a definire i "solai" ai vari livelli (altezze di piano).


Ogni campo inserito viene numerato progressivamente; si deve partire da un suo vertice e percorrere il campo in senso orario oppure antiorario con l'accorgimento di descrivere in senso inverso eventuali fori compresi in questo campo.
L'ultimo vertice inserito deve coincidere con il primo.

Incidenze dei campi lineari


In questa finestra dovremo inserire tutti i campi lineari che ci serviranno a definire le murature ai vari livelli (altezze di piano).

Ogni campo inserito viene numerato progressivamente; la muratura non è altro che una spezzata rappresentata da una sequenza di vertici.

Altezze dei piani

Il dato che si deve introdurre in questa finestra è semplice e intuitivo e per questo non viene commentato.



Attribuzione delle masse/pesi sui solai


In questa pagina si stabiliscono piano per piano le entità geometriche che impieghiamo per discretizzare il nostro edificio. Nel piano 1 abbiamo individuato 6 entità che lo rappresentano.

L'entità che dobbiamo definire può essere di tipo P (campo piano) o L (campo lineare).

Per associare questo campo ai campi di tipo piano o lineare definiti nelle apposite finestre già descritte in precedenza, si inserisce il codice che li identifica.

Nella colonna indicata dalla lettera "g" si deve inserire il peso per unità di superficie dell'elemento di tipo P o di tipo L.

Nella colonna "q/h" nel caso di campo piano si inserisce il carico accidentale che agisce su di esso, nel caso di campo lineare l'altezza della parete.

Gli effetti dell'azione sismica si valuteranno tenendo conto delle masse associate ai seguenti carichi gravitazionali:
Gk + ∑iΨEi QkI
ΨEi è il coeff. di combinazione dell'azione variabile Qi e tiene conto della probabilità che tutti i carichi di tipo ΨEi QkI siano presenti sull'intera struttura in occasione del sisma.
ΨEi = Ψ2i Utilizzando opportunamente i coefficienti ?? , e ψ2, e implementando uno spettro di accelerazioni generico, il programma diventa generale e utilizzabile anche con altre normative.

Da notare che se nei piani successivi al primo ci sono degli elementi che appartengono anche al primo piano conviene copiare in blocco tutti i dati già inseriti ed eventualmente completare l'input inserendo le modifiche necessarie.

Nella guida in linea ci sono ulteriori informazioni utili a comprendere meglio il significato delle grandezze richieste in questa pagina.

Definizione spettro generico


"t" è l'ascissa spettrale in secondi [s]
"Sad(t)" è il rapporto fra l'accelerazione spettrale e g (accelerazione di gravità)

Se si definisce uno spettro generico Win_FOR oltre a determinare le forze sismiche per lo spettro di riferimento della nuova OPCM determina anche le forze simiche associate allo spettro generico.


I Moduli WIN_SIS e WIN_DINA

Win_SIS

E' un codice di calcolo che consente la ripartizione, fra gli elementi resistenti di una struttura tridimensionale, delle forze sismiche orizzontali determinate con il codice di calcolo Win_FOR secondo la normativa italiana oppure direttamente imputabili.
L'analisi statica lineare, se non è specificato altrimenti, si può effettuare per costruzioni regolari in altezza secondo quanto definito nel relativo paragrafo 4.3 dell'OPCM, a condizione che il primo periodo di vibrazione T1, nella direzione in esame, della struttura non superi 2.5 Tc.

Win_DINA

E' un codice di calcolo che consente l'analisi dinamica modale di edifici multipiano.
Con il programma si determinano le forze di piano che competono a ciascun modo di vibrare e si ripartono fra gli elementi resistenti della struttura tridimensionale.

L'analisi riguarda un generico edificio con elementi resistenti comunque disposti nel piano e caratteristiche geometriche variabili con l'altezza.

Per la descrizione della struttura si fa ricorso all'uso delle seguenti sottostrutture elementari:
  • mensole tipizzate (mensole lamellari, colonne circolari, colonne anulari,….);
  • mensole a sezione generica tozza o cava;
  • mensole a sezione sottile aperta convergenti in un punto
  • mensole con rigidezza torsionale dovuta all'ingobbamento impedito (torsione non uniforme);
  • telai piani.
E' possibile svincolare gli elementi resistenti dai solai, in questo modo si possono facilmente simulare i porticati oppure i piani sfalsati.

I primi dati che dobbiamo introdurre sono semplici e non dovrebbero richiedere dei commenti supplementari.


L'unico dato che potremo discutere è il raggio giratore che la normativa suggerisce di calcolare con la seguente semplice formula:


Questo valore permette di stabilire qual è il comportamento sismo-resistente del nostro sistema costruttivo.

La normativa per stabilire se un insieme strutturale ha un comportamento tipo a nucleo (deformabile torsionalmente) si basa sul rapporto "r/Ls".
"r" è il rapporto tra la rigidezza torsionale e flessionale di piano e "Ls" è il raggio giratore

Per strutture con funzionamento a nucleo, il fattore di struttura si calcola con la seguente formula:


con qo=3
Il valore di "q" che ricaviamo per le strutture con comportamento a nucleo, è assai minore di quello corrispondente agli altri tipi strutturali.

Passiamo alla seconda finestra di inserimento dei dati nella quale dobbiamo specificare la posizione di ciascun elemento resistente all'interno del nostro edificio e di che tipo sarà.

Gli elementi di tipo mensola tipizzata si identificano con le lettere :
  • L Lame o setti che hanno una rigidezza preponderante rispetto all'altra che si considera nulla
  • R pilastri rettangolari o quadrati
  • C pilastri circolari
  • CC pilastri del tipo corona circolare
Per stabilire la posizione di queste mensole si inseriscono le coordinate del loro baricentro (centro di taglio per i sistemi di lame).

Per gli elementi tipo telaio che si identificano con la lettera T,si deve inserire la posizione della loro origine.

Per le mensole generiche che identifichiamo con la lettera G e per quelle a ingobbamento impedito che identifichiamo con la lettera I, il vertice che ne determina la posizione coincide con il loro baricentro.


Si può inserire un punto qualsiasi, ad esempio in corrispondenza di uno spigolo dell'edificio, per monitore ad esempio i suoi spostamenti.

In questo caso il nome del punto deve essere diverso da una delle lettere che utilizziamo per definire gli elementi resistenti del nostro edificio.

La colonna a definisce la direzione di questi elementi.

α=0 coincide con la direzione dell'asse X del sistema di riferimento generale.

Ki e Kj sono le costanti elastiche di una molla che tiene conto della cedevolezza angolare del vincolo a terra

Nella finestra "Altezze dei piani" si inseriscono i dati in questione.

Nel caso si siano importate le Forze sismiche da un precedente calcolo fatto con il FOR, le altezze dei piani le troveremo già inserite in questa pagina.


Queste altezze saranno automaticamente trasmesse agli elementi resistenti, se il check box corrispondente alla casella "Inserimento automatico altezza piani negli elementi" nella finestra "Preferenze" che si raggiunge da: Menù File -> Preferenze -> Miscellanea è selezionato


Nel caso si siano importate le forze sismiche da un precedente calcolo fatto con il FOR, la maggior parte dei dati contenuti in questa pagina saranno già inseriti.


Restano da compilare i campi relativi alle eccentricità eix e eiy; la normativa permette di considerare delle eccentricita' non nulle (funzioni delle dimensioni in pianta dell'edificio) per amplificare gli effetti del sisma.

Geometria mensole tipizzate


Win_Star, geometria mensole tipizzate A seconda del numero di elementi inseriti all'interno della finestra "Disposizione elementi resistenti" saranno presenti in questa finestra un certo numero di mensole tipizzate da descrivere.

Nel caso di mensole tipo: L, R, CC si devono inserire le due dimensioni che ne caratterizzano la sezione, per le mensole tipo C si può inserire solo "a".
Nel caso sia stato automizzato, per tutti gli elementi, l'inserimento delle altezze h dei vari piani, la colonna corrispondente conterrà i dati in questione.

Il tasto "Espandi" riempie tutti i campi delle colonna corrispondente con lo stesso valore appena inserito.

Completato l'inserimento dei dati della "Mensola tip.1", mi sposto sul pannello relativo alla "Mensola tip.2"; se uso il tasto "Copia men. p." riempio i campi che descrivono la mensola 2 con quelli della mensola 1.

Inserendo un * al posto dell'altezza di piano si svincola l'elemento dal piano rigido (opzione utile in caso di portici); un elemento può essere interrotto ad un qualsiasi piano imputando h=0 per tutti i piani superiori.

Geometria mensole generiche

Se all'interno dell'edificio ci sono delle mensole di tipo generico per descriverle sono necessarie le informazioni riportate nella finestra apposita.


  • "Ati" e "Atj" sono le aree a taglio
  • "Ji" e "Jj" sono i momenti di inerzia flessionali
  • Jd è il momento di inerzia torsionale
  • h è l'altezza del piano a cui la riga si riferisce

Geometria mensole a ingobbamento impedito

Se all'interno del nostro edificio ci sono delle mensole ad ingobbamento impedito, una volta che ne abbiamo fissato la posizione nella finestra "Disposizione elementi resistenti", dobbiamo descriverle con i dati contenuti all'interno della seguente pagina video.


  • "Ati" e "Atj" sono le aree a taglio
  • "Ji" e "Jj" sono i momenti di inerzia flessionali
  • Jd è il momento di inerzia torsionale
  • Jww = momento d'inerzia settoriale, avendo assunto il polo principale coincidente con il centro di torsione C
  • h è l'altezza del piano a cui la riga si riferisce
Per quanto riguarda questo tipo di elemento, se ne definiscono le proprietà solo per il primo piano e poi per i successivi queste caratteristiche resteranno costanti.

Nel caso in esame è previsto lo svincolo dell'elemento dal piano rigido (* al posto dell'altezza di piano). Un elemento può essere interrotto ad un qualsiasi piano imputando h=0 per tutti i piani superiori.


Per calcolarsi i momenti di inerzia flessionali, torsionali e settoriali si può usare il modulo VLAS; la mensola da studiare si discretizza come un insieme di spezzate individuate da una successione di vertici e da uno spessore.

Geometria telai

L'ultimo tipo di elemento resistente che consideriamo è il telaio
  • hi rappresenta l'altezza del piano generico
  • l1,……,l7 rappresentano le luci delle campate del telaio; i moduli SIS e DINA prevedono l'utilizzo di telai che hanno al massimo 7 campate.
Se un telaio ha 3 campate si inseriscono le prime 3 luci e le altre 4 non si compilano (si lasciano =0).


Una volta inserite le luci delle campate si devono descrivere le sezioni dei pilastri e delle travi che definiscono il telaio in questione.

Facendo scorrere la scroll bar orizzontale, possiamo vedere i campi che dobbiamo ancora inserire, per completare la descrizione del telaio, inserito nel nostro edificio.


Al massimo i pilastri possono essere 8; P1,…P8 definiscono i codici della sezione che si utilizzeranno per i pilastri. A piani diversi lo stesso pilastro può avere sezioni diverse.

Un analogo discorso vale per le sezioni relative alle varie campate che definiscono la trave ad un qualsiasi piano del nostro telaio.
Al massimo le campate possono essere 7; T1,…T7 definiscono i codici della sezione che si utilizzeranno per le aste che descrivono la trave in questione.
Se un telaio ha 3 campate inseriremo i codici da T1a T3, gli altri restaranno =0

I codici che abbiamo appena utilizzato per associare una sezione ad un pilastro o a una campata di una trave si riferiscono alla colonna sezione presente nella pagina "Raccolta di sezioni per input semplificato dei telai".


Per descrivere le sezioni rettangolari e circolari cave si inseriscono la base e l'altezza, per le sezioni circolari basta il diametro, per le sezioni diverse si utilizzerà l'inerzia che si può facilmente calcolare ad esempio con il modulo PREFLE.
Una volta raccolte in questa pagina, tutte le sezioni diverse che intendiamo utilizzare per i nostri telai, possiamo tornare alla pagina "Geometria telai" e associarle ai pilastri e alle campate delle varie travi con il codice corrispondente.

Le pagine di input del modulo DINA (analisi dinamica modale) sono uguali a quelle del SIS (analisi statica equivalente) e quindi per esse si fa riferimento alle corrispondenti appena descritte.


WIN_VLAS

Win_Vlas consente la determinazione delle caratteristiche geometriche di una lama di controvento a sezione sottile aperta e in particolare le caratteristiche torsionali di rigidezza settoriale e di rigidezza torsionale pura nonché la posizione del centro di taglio della sezione. Tali caratteristiche possono essere utilizzate nello studio della ripartizione delle forze sismiche con programmi generali per l'analisi statica o dinamica tipo Win _Sis e Win _Dina, oppure per la verifica delle sezioni.

Le sezioni analizzate nel programma sono aperte (monoconnesse) cioè prive di maglie chiuse. Un'altra caratteristica delle sezioni in esame è quella di essere sottili, cioè che lo spessore delle pareti è piccolo rispetto alle altre dimensioni della sezione trasversale (s << d << h) dove: s=spessore d=dimensione caratteristica trasversale h=altezza della lama.

La teoria utilizzata è quella di Vassilii Zakharovitch Vlassov nota come teoria delle aree settoriali che costituisce una generalizzazione della teoria del De Saint Venant, la teoria di Vlassov fornisce risultati soddisfacenti per le sezioni monoconnesse sia pur con alcune limitazioni dimensionali. La generica sezione è definita da un insieme di spezzate orientate delle quali si danno le coordinate dei vertici (riferite ad un sistema di assi qualsiasi), le rispettive incidenze e lo spessore, data l'esiguità di quest'ultimo il materiale è stato considerato addensato lungo la linea media della sezione.

Il programma si presenta come nella successiva finestra.

I vertici di riferimento per descrivere la mensola, si possono inserire nell'apposita finestra delle coordinate oppure direttamente tramite mouse, utilizzando la griglia di riferimento dimensionabile dall'utente.


La finestra dei vertici sezione


Inseriti i vertici di riferimento dovrò definire la spezzata che mi rappresenta la mensola che sto studiando. L'ultimo dato che manca per completare l'input è lo spessore della spezzata.


In Output oltre ad avere la stampa alfanumerica di tutti i dati che il modulo calcola ho delle rappresentazioni sintetiche che mi forniscono i dati più interessante e che ad esempio posso riutilizzare in WIN_SIS o WIN_DINA.