Il calcolo strutturale rappresenta un insieme di analisi che vengono effettuate su un edificio allo scopo di valutarne le prestazioni strutturali, individuare la distribuzione delle forze interne, dei momenti, delle tensioni, delle deformazioni e degli spostamenti che interagiscono con una costruzione o con parte di essa.
Gli ingegneri strutturali utilizzano il calcolo strutturale per garantire che le strutture siano sicure, affidabili e in grado di sostenere i carichi previsti nel corso della loro vita utile.
Il calcolo strutturale coinvolge l’applicazione di principi di ingegneria per determinare le sollecitazioni, le deformazioni e le reazioni delle strutture sotto varie condizioni di carico. Queste analisi aiutano a identificare le aree di debolezza, a ottimizzare i materiali e le dimensioni delle strutture e a garantire il rispetto delle norme e dei regolamenti di sicurezza.
La progettazione strutturale, e la successiva fase costruttiva, trovano nel BIM lo strumento ideale in grado di rendere entrambe le fasi più competitive ed efficienti sia sul piano della riduzione dei costi/tempi sia sul piano della qualità.
I vantaggi dell’adozione del BIM nel calcolo strutturale
Eseguire un calcolo strutturale adottando la metodologia BIM porta numerosi vantaggi. Partendo da un modello BIM, infatti, i progettisti strutturali possono accedere a informazioni dettagliate e sempre aggiornate sui modelli, semplificando le attività di calcolo e facilitando l’identificazione di problemi o conflitti nella fase di progettazione. L’uso del BIM consente una maggiore precisione, una migliore comunicazione e un processo decisionale più informato per gli ingegneri e gli altri stakeholder coinvolti nella realizzazione di un edificio.
Per esempio, i file di interscambio in formato IFC possono essere letti, interpretati e decifrati in tempi brevi, in modo da filtrare tutte le informazioni relative agli oggetti utili alla costruzione del modello a elementi finiti.
Il modello BIM, infatti, non è un semplice modello tridimensionale CAD ma un database che raccoglie tutte le informazioni dell’edificio nel suo intero ciclo di vita, man mano che la tecnologia BIM si evolve è possibile trarre tutte le indicazioni necessarie alla costruzione di un modello di calcolo che tiene conto dell’evoluzione dell’edificio e del suo stato di conservazione.
Parlando di edifici già esistenti, tra le informazioni utili al calcolo strutturale, che possono essere tratte da un modello BIM di un edificio, ci sono quelle relative all’analisi storica dell’opera: conoscendo l’epoca di costruzione si traccia la storia dell’edificio e nella sua evoluzione si traggono informazioni relative a modifiche e trasformazioni subite nel tempo. Si possono poi trarre informazioni sulle geometrie e sui dettagli che caratterizzano gli elementi strutturali e non. Si possono conoscere in dettaglio i materiali, da cui conseguono caratteristiche meccaniche e prestazionali dell’opera, oltre che conoscere pesi propri e carichi variabili da destinazione d’uso.
Pensando invece alle nuove costruzioni, l’applicazione della metodologia BIM all’analisi delle strutture permette al progettista di valutare differenti soluzioni strutturali già a partire dalla fase preliminare del progetto, rendendo più rapido ed efficiente l’intero processo.
Le informazioni relative alle strutture risultano fondamentali, per esempio, quando si devono eseguire le verifiche dei diversi elementi fino a definire la classe di rischio sismico. La simulazione del modello analitico all’interno di un software BIM per il calcolo strutturale, infatti, consente di analizzare la risposta dell’intero sistema (o di una parte di esso) ai carichi applicati, in termini di distribuzione delle forze interne, momenti, tensioni, deformazioni e spostamenti.
La differenza tra modello strutturale e modello FEM
I dati strutturali sono ricavabili direttamente e indirettamente dal modello architettonico, oppure possono essere aggiunti specificatamente al progetto strutturale.
La modellazione 3D del modello geometrico strutturale consente poi la produzione di piante, prospetti, sezioni per i documenti di cantiere. Oppure, la restituzione può avvenire nell’ambito di un modello FEM.
Occorre però fare dei chiarimenti sulle differenza tra modello strutturale e modello FEM, ovvero modellazione agli elementi finiti.
Il modello strutturale geometrico è una rappresentazione del modello reale tramite elementi tridimensionali.
La modellazione agli elementi finiti invece è la rappresentazione, attraverso un numero discreto di elementi finiti connessi tra loro tramite nodi, di un sistema che si riconduce a un calcolo matriciale. Le incognite del modello sono gli spostamenti dei nodi e tutte le altre grandezze si riconducono in funzione di questi spostamenti.
Comprendere questa differenza è importante per capire cosa aspettarsi dalla metodologia BIM e quali informazioni possono essere veicolate, poiché spesso il formato IFC non consente di gestire automaticamente le informazioni provenienti dalle diverse tipologie di modelli e mette in luce, in ambito strutturale, la difficoltà nell’unificare un linguaggio di lavoro e le criticità nel dialogo tra software BIM e FEM.
