Flusso di lavoro e obiettivi
L'obiettivo degli strumenti di progettazione delle armature nel CSFM è quello di aiutare i progettisti a determinare in modo efficiente la posizione e la quantità necessaria di barre di armatura. Per aiutare e guidare l'utente in questo processo sono disponibili i seguenti strumenti: calcolo lineare e ottimizzazione topologica.
Gli strumenti di progettazione delle armature considerano modelli costitutivi più semplificati rispetto ai modelli utilizzati per la verifica finale della struttura. Pertanto, la definizione delle armature in questa fase deve essere considerata una pre-progettazione da confermare/raffinare durante la fase di verifica finale. L'uso dei diversi strumenti di progettazione delle armature sarà illustrato nel modello mostrato nella Fig. 3, che consiste in un'estremità di una trave semplicemente appoggiata con altezza variabile soggetta a un carico uniformemente distribuito.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3\qquad Modello utilizzato per illustrare l'uso degli strumenti di progettazione delle armature.}}}\]
Analisi lineare
L'analisi lineare considera le proprietà elastiche lineari del materiale e trascura l'armatura nella regione del calcestruzzo. Si tratta quindi di un calcolo molto veloce che fornisce una prima idea della posizione delle aree di trazione e compressione. Un esempio di tale calcolo è mostrato nella Fig. 4.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4\qquad Risultati dello strumento di analisi lineare per la definizione della disposizione dell'armatura}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{(rosso: aree in compressione, blu: aree in trazione).}}}\]
Ottimizzazione della topologia
L'ottimizzazione topologica è un metodo che mira a trovare la distribuzione ottimale del materiale in un determinato volume per una certa configurazione di carico. L'ottimizzazione topologica implementata in IDEA StatiCa Detail utilizza un modello lineare a elementi finiti. Ogni elemento finito può avere una densità relativa da 0 a 100 %, che rappresenta la quantità relativa di materiale utilizzato. Queste densità di elementi sono i parametri di ottimizzazione del problema di ottimizzazione. La distribuzione del materiale risultante è considerata ottimale per l'insieme di carichi dato se minimizza l'energia di deformazione totale del sistema. Per definizione, la distribuzione ottimale è anche la geometria che presenta la maggiore rigidezza possibile per i carichi dati.
Il processo di ottimizzazione iterativa inizia con una distribuzione omogenea della densità. Il calcolo viene eseguito per diverse frazioni di volume totale (20%, 40%, 60% e 80%), il che consente all'utente di scegliere il risultato più pratico. La forma risultante è costituita da tralicci reticolari con puntoni e tiranti e rappresenta la forma ottimale per i casi di carico indicati (Fig. 5).
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5\qquad Risultati dello strumento di progettazione per l'ottimizzazione della topologia con volume effettivo del 20 e del 40}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{(rosso: aree in compressione, blu: aree in trazione).}}}\]