DLUBAL, RFEM, SEMA

Dlubal Software è uno dei leader nello sviluppo di software per il calcolo delle strutture portanti, e RFEM e RSTAB sono i suoi prodotti di punta. RFEM (Finite Element Method) è destinato all’analisi di strutture spaziali con il metodo degli elementi finiti, il che permette di modellare qualsiasi forma geometrica e materiale: dalle solette in cemento armato ai complessi telai metallici e alle capriate in legno. RSTAB (Frame and Truss Analysis) è specializzato nel calcolo di sistemi ad asta, come travi, colonne e capriate, il che lo rende indispensabile per un’analisi rapida ed efficace delle strutture a telaio.

Entrambi i pacchetti offrono un’ampia gamma di carichi: statici (peso proprio, carichi utili, neve, vento secondo il DBN V.1.2-2:2006 e la EN 1991), dinamici (sismici secondo il DBN V.1.1-12:2014, vibrazioni), oltre a carichi termici e cedimenti. Grazie a un potente apparato numerico, RFEM e RSTAB permettono non solo di determinare la distribuzione di tensioni e deformazioni, ma anche di effettuare la verifica di stabilità (analisi di instabilità) e l’analisi non lineare (non linearità fisica e geometrica). Ad esempio, per le strutture in acciaio si può tenere conto del comportamento plastico del materiale, mentre per il cemento armato della fessurazione. Moduli come RF-CONCRETE, RF-STEEL, RF-TIMBER garantiscono un calcolo dettagliato degli elementi in conformità con gli standard europei (Eurocodice) e con numerosi standard nazionali, comprese le versioni adattate per l’Ucraina. Questo permette agli ingegneri di verificare resistenza, rigidezza e stabilità degli elementi, oltre a calcolare l’armatura necessaria o le sezioni degli elementi.

Un aspetto importante è la possibilità di analizzare le deformazioni nel tempo, in particolare per il legno, dove il fenomeno della viscosità (creep) ha un’influenza significativa. I programmi permettono di creare report dettagliati che includono grafici, tabelle e visualizzazione dei risultati, garantendo la piena trasparenza dei calcoli. Ad esempio, per le strutture di grande luce, come le coperture di stadi o edifici industriali, RFEM è in grado di elaborare migliaia di elementi, il che permette di individuare le zone di concentrazione delle tensioni e ottimizzare le soluzioni costruttive già nella fase dei progetti architettonici complessi.

Moduli aggiuntivi, come RF-DYNAM PRO, permettono di effettuare analisi modale, spettrale e nel dominio del tempo, aspetto critico per gli edifici in regioni sismicamente attive o soggetti a carichi vibrazionali dovuti a impianti. La possibilità di modellazione parametrica e ottimizzazione della struttura secondo criteri prestabiliti rappresenta un vantaggio significativo, che permette di ridurre il consumo di materiale e i costi di costruzione senza compromettere la sicurezza.

L’interfaccia di Dlubal RFEM e RSTAB è intuitiva, il che accelera il processo di apprendimento e il lavoro quotidiano. L’architettura aperta permette di integrare script personalizzati e di utilizzare le API per automatizzare le attività di routine, aspetto particolarmente prezioso per i grandi studi di progettazione. La possibilità di importare/esportare dati in diversi formati (DXF, DWG, IFC, CIS/2) garantisce uno scambio di informazioni senza ostacoli con altri software, che è alla base di un lavoro efficace in ambiente BIM.

L’uso di questi pacchetti software non solo aumenta la precisione e l’affidabilità dei calcoli, ma accelera notevolmente il processo di progettazione, permettendo agli ingegneri di concentrarsi sugli aspetti creativi anziché sui calcoli di routine. Questo è particolarmente rilevante in un contesto di requisiti sempre più elevati in materia di sicurezza ed efficienza energetica degli edifici, oltre che di ottimizzazione dei tempi di realizzazione dei progetti.

In conclusione, Dlubal RFEM e RSTAB sono strumenti potenti, flessibili e versatili, che permettono di risolvere i compiti ingegneristici più complessi, garantendo un’elevata qualità e affidabilità delle strutture edilizie, come confermato da numerosi progetti di successo in tutto il mondo e in Ucraina.

SEMA è un software specializzato per la progettazione e la produzione di strutture in legno, coperture, case a telaio e scale. A differenza dei pacchetti FEM universali, SEMA si concentra sulla dettagliatura, la visualizzazione e la preparazione dei dati di produzione per le macchine CNC. La sua forza risiede nella possibilità di creare modelli parametrici, che permette di modificare rapidamente il progetto e generare automaticamente tutta la documentazione necessaria, dalle specifiche dei materiali ai disegni di montaggio.

Un aspetto chiave del funzionamento di SEMA è la sua profonda integrazione con i principi del BIM (Building Information Modeling). Non si tratta di una semplice modellazione 3D, ma della creazione di un modello informativo completo, che contiene tutti i dati sugli elementi della struttura: geometria, materiali (ad esempio, legno lamellare GL24h), collegamenti, dettagli di produzione, persino informazioni sulla lavorazione del legno. Grazie a questa integrazione, le modifiche apportate al modello si riflettono automaticamente in tutti i disegni, le specifiche e i file per CNC collegati, riducendo al minimo il rischio di errori e accelerando il flusso di lavoro.

SEMA supporta l’esportazione e l’importazione di dati in formato IFC (Industry Foundation Classes), che permette di scambiare modelli senza ostacoli con altre piattaforme BIM, come Autodesk Revit, ArchiCAD o Allplan. Questo garantisce una collaborazione coordinata tra architetti, ingegneri strutturisti (che utilizzano Dlubal RFEM per i calcoli) e produttori. Ad esempio, l’architetto può fornire il modello 3D generale dell’edificio, l’ingegnere lo utilizza per calcolare la capacità portante, e poi SEMA dettaglia gli elementi in legno, preparandoli per la produzione. Questa interazione è alla base della realizzazione efficace di progetti di edifici in legno lamellare.

Per la produzione, SEMA genera automaticamente file in formato BTL (Beam and Timber Language), standard per molte macchine CNC. Questo permette di automatizzare il processo di taglio, fresatura, foratura e marcatura degli elementi in legno con elevata precisione. Questa automazione non solo riduce i tempi di produzione, ma diminuisce notevolmente la quantità di scarti e migliora la qualità del prodotto finale, aspetto estremamente importante per le strutture in legno complesse.

Il software SEMA offre anche potenti strumenti di visualizzazione, che permettono a clienti e partecipanti al progetto di visualizzare il modello in 3D, individuare potenziali collisioni e apportare correzioni ancora prima dell’inizio della costruzione. Questo è particolarmente prezioso per i progetti con un elevato livello di personalizzazione, dove ogni elemento può avere una forma e un collegamento unici.

Inoltre, SEMA supporta librerie di nodi e collegamenti tipici, il che accelera la progettazione e garantisce la conformità agli standard. Gli utenti possono creare le proprie librerie e utilizzarle nei progetti futuri, un metodo efficace per la standardizzazione e l’ottimizzazione del lavoro. Data la crescente popolarità dell’edilizia in legno in Ucraina, l’integrazione di SEMA nel flusso di lavoro è la chiave per la realizzazione di progetti innovativi con un elevato livello di automazione e controllo della qualità.

Il legno lamellare, in particolare nelle classi di resistenza GL24h, GL28c, GL30h ecc., è uno dei materiali più diffusi nell’edilizia in legno moderna grazie alla sua elevata capacità portante, alla stabilità dimensionale e all’aspetto estetico. In Dlubal RFEM, i calcoli delle strutture in legno lamellare vengono eseguiti tramite il modulo specializzato RF-TIMBER Pro o RF-LAMINATE, che tengono conto delle proprietà anisotrope del legno e del comportamento complesso dei collegamenti.

La classe di resistenza GL24h indica che il legno lamellare ha una resistenza caratteristica minima a flessione di 24 MPa (megapascal). Questa caratteristica è critica nel calcolo di travi e altri elementi soggetti a flessione. Dlubal RFEM permette all’ingegnere di impostare tutte le proprietà meccaniche necessarie per il GL24h, incluso il modulo di elasticità parallelo alle fibre (E0,mean), perpendicolare alle fibre (E90,mean), il modulo di taglio (G), la resistenza a compressione, trazione e flessione secondo la EN 338 e la EN 14080. Il programma tiene conto dei fattori di durata del carico, umidità e temperatura, che possono influenzare la capacità portante finale del materiale, in conformità con l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1).

Uno dei vantaggi chiave del legno lamellare è la possibilità di produrre elementi di grandi dimensioni e forma complessa, il che apre ampie possibilità per il design architettonico. In RFEM è possibile modellare travi, colonne, archi e capriate integrali in legno lamellare, tenendo conto delle specificità dei loro collegamenti. Per i nodi, che spesso sono i punti più deboli della struttura, Dlubal offre librerie specializzate di collegamenti oppure permette di modellarli tramite elementi finiti, per determinare con precisione lo stato tenso-deformativo.

Il programma permette inoltre di tenere conto degli effetti della viscosità (creep) e delle proprietà reologiche del legno, aspetto importante per l’esercizio a lungo termine delle strutture. Questo garantisce una previsione accurata delle deformazioni e delle frecce nel tempo, assicurando che l’edificio soddisfi i requisiti prestazionali per tutto il ciclo di vita. Ad esempio, per le travi di grande luce, il calcolo delle deformazioni a lungo termine è critico per prevenire difetti estetici e problemi strutturali.

Nella progettazione in Ucraina, gli ingegneri utilizzano il DBN V.2.6-161:2017 “Strutture in legno”, parzialmente armonizzato con l’Eurocodice 5. Dlubal RFEM permette di adattare i calcoli a questi standard nazionali o di utilizzare i parametri dell’Eurocodice, il che è accettabile considerando gli approcci moderni all’armonizzazione internazionale del quadro normativo. Pertanto, l’uso di Dlubal RFEM per i calcoli delle strutture in legno lamellare GL24h garantisce elevata precisione, affidabilità e conformità sia agli standard edilizi internazionali che nazionali, permettendo di realizzare edifici in legno sicuri e durevoli.

La resistenza al fuoco è uno degli indicatori di sicurezza più importanti per un edificio, in particolare per le strutture in legno, dove il legno è un materiale combustibile. Tuttavia, gli approcci moderni e le soluzioni ingegneristiche permettono di progettare edifici in legno con un elevato livello di resistenza al fuoco. Dlubal RFEM, tramite il modulo RF-TIMBER AWC/CSA o le funzionalità generali FEM, permette di condurre un’analisi dettagliata della resistenza al fuoco secondo l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-2) e la classificazione EN 13501-2.

Lo standard EN 13501-2 definisce la classificazione della resistenza al fuoco degli elementi costruttivi secondo i criteri R (capacità portante), E (integrità) e I (isolamento termico), misurati in minuti (ad esempio, R30, REI60). Per il legno, il meccanismo chiave della perdita di capacità portante durante un incendio è la carbonizzazione dello strato esterno. La velocità di carbonizzazione dipende dalla specie legnosa, dalla sua densità, dall’umidità e dalla presenza di rivestimenti protettivi. L’Eurocodice 5, parte 1-2, stabilisce i metodi di calcolo della carbonizzazione, generalmente 0,65-0,70 mm/min per le specie resinose. Dlubal RFEM permette di tenere conto automaticamente della riduzione della sezione efficace degli elementi nel tempo sotto l’effetto dell’incendio.

Il software modella l’effetto termico sulla struttura, permettendo di determinare la temperatura all’interno della sezione e di calcolare la sezione efficace residua, che continua a portare il carico. Questo si ottiene tramite un calcolo iterativo: a ogni passo temporale viene modellata la carbonizzazione, la sezione si riduce e vengono ricalcolate tensioni e deformazioni. Il momento finale della perdita di capacità portante viene determinato quando le tensioni nella sezione residua superano i valori ammissibili o si verifica una perdita di stabilità.

Per il legno lamellare GL24h, la sua struttura densa e le sezioni di grandi dimensioni garantiscono una migliore resistenza al fuoco rispetto al legno massiccio di dimensioni minori, poiché la carbonizzazione avviene più lentamente. Questo permette di progettare strutture in legno con classe di resistenza al fuoco R30, R60 e persino R90, sufficiente per molti tipi di edifici, comprese le strutture in legno multipiano. È importante considerare anche la protezione dei collegamenti, che sono punti vulnerabili. Dlubal permette di modellare i collegamenti utilizzando elementi finiti e di verificarne la resistenza al fuoco.

In Ucraina, i requisiti di resistenza al fuoco sono disciplinati dal DBN V.1.1-7:2016 “Sicurezza antincendio degli edifici”. Sebbene in Dlubal non siano presenti moduli diretti per i DBN, gli ingegneri possono utilizzare la metodologia dell’Eurocodice 5, adattandola ai requisiti nazionali tramite l’applicazione dei coefficienti di sicurezza appropriati e la verifica secondo le norme ucraine. Questo garantisce la possibilità di progettare pannelli XLAM avanzati e altre strutture in legno sicure e innovative, conformi ai più alti standard.

La progettazione dei nodi è uno degli aspetti più complessi nella costruzione in legno lamellare. È proprio nei nodi, dove si collegano elementi diversi, che spesso si verifica una concentrazione di tensioni e potenziali punti deboli. Dlubal RFEM e SEMA offrono strumenti complementari per l’analisi dettagliata e l’ottimizzazione di questi collegamenti critici.

In Dlubal RFEM, grazie alle funzionalità del metodo degli elementi finiti, è possibile modellare nodi complessi in legno lamellare, inclusi collegamenti metallici (ad esempio bulloni, spinotti, piastre), viti e giunzioni incollate. L’ingegnere può creare un modello 3D dettagliato del nodo, applicargli i carichi provenienti dagli elementi adiacenti (travi, colonne) e analizzare la distribuzione di tensioni e deformazioni in ogni componente. Questo permette di individuare potenziali zone di rottura, verificare l’adeguatezza della capacità portante dei collegamenti e ottimizzarne la disposizione.

Per la modellazione dei collegamenti metallici, RFEM permette di utilizzare librerie di elementi standard, oltre a impostare proprietà dei materiali personalizzate. È importante considerare il comportamento del legno con un angolo rispetto alle fibre, che differisce notevolmente dal comportamento parallelo alle fibre. Moduli come RF-JOINTS Timber forniscono strumenti per il calcolo automatizzato dei collegamenti in legno tipici secondo l’Eurocodice 5 (EN 1995-1-1).

SEMA, d’altra parte, è specializzata nella dettagliatura dei nodi per la produzione. Dopo che RFEM ha confermato l’affidabilità strutturale del nodo, SEMA viene utilizzata per creare disegni di produzione precisi. Permette di visualizzare ogni taglio, foro, collegamento a incastro, collegamento a scanalatura e altri dettagli complessi necessari per la realizzazione degli elementi su macchine CNC. SEMA dispone di librerie di collegamenti tipici per il legno lamellare, che possono essere adattate a un progetto specifico.

L’integrazione di SEMA con le macchine CNC garantisce un’elevata precisione di realizzazione, aspetto critico per un montaggio di qualità dei nodi complessi in cantiere. Ad esempio, per gli edifici multipiano, dove la precisione dei collegamenti influisce direttamente sulla stabilità complessiva, questo approccio è indispensabile. Questo permette di ridurre notevolmente i tempi di montaggio e di minimizzare gli errori che si verificano nell’adattamento manuale degli elementi.

I casi di studio dimostrano che l’uso combinato di Dlubal RFEM per la verifica della capacità portante e di SEMA per la dettagliatura della produzione permette di realizzare le forme architettoniche più complesse in legno lamellare con la massima efficienza e sicurezza, in conformità con i requisiti dei DBN e gli standard di qualità europei.

La progettazione di strutture in legno lamellare in Ucraina richiede di tenere conto sia degli standard internazionali sia delle normative nazionali specifiche, oltre che delle particolarità climatiche. Questa guida pratica aiuterà gli ingegneri strutturisti a utilizzare efficacemente il software Dlubal RFEM e SEMA per ottimizzare i progetti in legno lamellare (GL24h).

1. Scelta della classe di resistenza e del legno: Per l’Ucraina, il più diffuso è il legno lamellare di specie resinose (abete, pino). Assicuratevi che il materiale sia conforme alla classe di resistenza GL24h o superiore, secondo la EN 14080. In Dlubal RFEM impostate i parametri del materiale corrispondenti alle sue proprietà meccaniche e ai requisiti del DBN V.2.6-161:2017. È importante tenere conto dei coefficienti delle condizioni di esercizio e di affidabilità, che possono differire tra le norme nazionali ed europee.

2. Carichi e loro combinazioni: Applicate i carichi secondo il DBN V.1.2-2:2006 “Carichi e azioni”. Tenete conto dei carichi da neve per le diverse regioni dell’Ucraina (ad esempio, per i Carpazi sono significativamente più alti rispetto alle regioni meridionali), dei carichi da vento (DBN V.1.2-2:2006), oltre che degli effetti sismici per le zone corrispondenti (DBN V.1.1-12:2014). Dlubal RFEM permette di generare automaticamente le combinazioni di carico secondo l’Eurocodice o secondo lo standard nazionale.

3. Analisi delle deformazioni e della stabilità: Per il legno lamellare di grande luce, prestate particolare attenzione alle frecce e alle deformazioni. I requisiti relativi alle frecce limite sono stabiliti nel DBN V.2.6-161:2017 e nella EN 1995-1-1. RFEM permette di eseguire l’analisi non lineare e l’analisi di stabilità (buckling), critica per gli elementi snelli soggetti a compressione. È importante tenere conto degli effetti della viscosità per le deformazioni a lungo termine.

4. Resistenza al fuoco: Effettuate il calcolo della resistenza al fuoco secondo la EN 1995-1-2 e la classificazione secondo la EN 13501-2, come descritto sopra. Ricordate la necessità di proteggere i collegamenti dal fuoco. Utilizzate i moduli Dlubal per modellare la carbonizzazione e la capacità portante residua. La classe di resistenza al fuoco R30-R90 si ottiene grazie a una sezione maggiorata o a rivestimenti ignifughi.

5. Dettagliatura dei nodi in SEMA: Dopo aver confermato la capacità portante in RFEM, passate a SEMA per l’elaborazione dettagliata dei nodi. Concentratevi sulla precisione dei tagli, dei fori e degli altri collegamenti per garantire un montaggio senza problemi. Assicurate l’esportazione dei file per le macchine CNC, che garantisce un’elevata qualità di realizzazione degli elementi. Per soluzioni ingegneristiche complesse, questo permetterà di evitare problemi in cantiere.

6. Interazione con il BIM: Utilizzate il formato IFC per scambiare modelli tra architetti (ArchiCAD, Revit), ingegneri strutturisti (Dlubal RFEM) e produttori (SEMA). Questo garantisce un lavoro di squadra coordinato, l’individuazione delle collisioni nelle fasi iniziali e l’ottimizzazione complessiva del progetto.

Seguendo queste raccomandazioni, gli ingegneri ucraini potranno creare strutture in legno lamellare affidabili, sicure ed economicamente efficienti, sfruttando le migliori pratiche e le funzionalità del software moderno.

Sebbene Dlubal RFEM e SEMA siano strumenti chiave nella progettazione delle strutture in legno, svolgono funzioni diverse ma complementari. Un benchmark comparativo permette agli ingegneri di capire quando e quale strumento utilizzare per la massima efficienza nelle diverse fasi del ciclo di vita del progetto.

Dlubal RFEM: il cuore analitico del progetto

• Fase di applicazione: Progettazione concettuale, analisi strutturale dettagliata, verifica della capacità portante, ottimizzazione di forme e dimensioni degli elementi, analisi di stabilità ed effetti dinamici, resistenza al fuoco.
• Vantaggi:
  • Analisi FEM completa: Capacità di gestire geometrie complesse, proprietà non lineari dei materiali e ampie combinazioni di carico.
  • Ampia gamma di materiali: Calcoli per legno (incluso il legno lamellare GL24h), acciaio, cemento, vetro e compositi.
  • Riferimento agli standard: Verifiche integrate secondo gli Eurocodici (EN 1990-1999) con possibilità di adattamento agli standard nazionali (DBN).
  • Flessibilità: Modellazione parametrica, ottimizzazione, API per soluzioni personalizzate.
• Limiti: Meno dettagliato per i disegni di produzione, richiede conoscenza dei fondamenti della meccanica e dei metodi numerici.

SEMA: dettagliatura e precisione produttiva

• Fase di applicazione: Dettagliatura delle strutture in legno, preparazione dei disegni di produzione, calcolo delle specifiche dei materiali, generazione di file per macchine CNC, progettazione di coperture e scale, calcolo dei solai a travi in legno.
• Vantaggi:
  • Specializzazione nel legno: Profonda comprensione dei processi tecnologici di lavorazione del legno.
  • Automazione della produzione: Generazione di file BTL per CNC, che riduce al minimo il lavoro manuale e gli errori.
  • Dettagliatura rapida: Ampia libreria di collegamenti, coperture e scale tipici.
  • Visualizzazione: Visualizzazione 3D di alta qualità per clienti e approvazioni.
• Limiti: Non è destinata a un’analisi strutturale completa con il metodo degli elementi finiti; non esegue calcoli per strutture metalliche o in cemento.

Sinergia degli strumenti:

La massima efficienza si ottiene utilizzando insieme RFEM e SEMA in un processo BIM integrato. RFEM garantisce l’affidabilità strutturale e la sicurezza, mentre SEMA trasforma il modello analitico in dettagli precisi, pronti per la produzione. L’ingegnere strutturista utilizza RFEM per verificare la capacità portante del legno lamellare GL24h, calcolare la resistenza al fuoco e ottimizzare le sezioni. Successivamente, le soluzioni costruttive approvate vengono trasferite a SEMA (tramite file IFC), dove avviene la dettagliatura di tutti gli elementi, dei collegamenti e la preparazione per la produzione. Questa sinergia garantisce che il progetto sia non solo strutturalmente affidabile, ma anche efficiente nella produzione e nel montaggio, aspetto estremamente importante per i progetti complessi nel contesto dell’edilizia moderna in Ucraina.