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Il progetto 3D delle armature in travi e pilastri

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La meccanica computazionale nel progetto del calcestruzzo armato



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EasyBeam diviene 3D già nel 1992 consentendo il completo controllo del progetto delle armature per qualsiasi orientamento nello spazio delle sollecitazioni. Per farlo, impiega sofisticati metodi di analisi non lineare sia per la flessione che per il taglio.
EasyBeam è un ambiente di Nòlian All In One per il progetto, la verifica, la modifica la il disegno delle  armature in elementi monodimensionali in calcestruzzo armato. A seguito,  cioè, dell'analisi con Nòlian in tale ambiente è  possibile far eseguire al programma la progettazione ed il disegno  automatico (modificabile dall'utente) delle armature, e la conseguente  verifica. Tramite una agevole finestra di dialogo è possibile,  inoltre, assegnare manualmente l'armatura ai vari elementi e far  eseguire al programma la verifica.

Normativa
EasyBeam è in grado di rispondere ai requisiti della  normativa 14 gennaio 2008 quindi non elenchiamo qui le caratteristiche  di EasyBeam relative appunto della normativa, dandole per  acquisite (gerarchia delle resistenze, progetto del nodo, zone critiche,  bilanciamento armatura,traslazione delle azioni, gestione differenziata  delle pareti etc.)

Le azioni nello spazio
EasyBeam opera sulle sollecitazioni in elementi  monodimensionali ottenute dall’analisi in Nòlian. Le  sollecitazioni sono sempre quelle complete di tutte le componenti nello  spazio per cui progetto e verifica vengono sempre effettuate in stato di  interazione triassiale. Le combinazioni vengono eseguite secondo i  dettami della normativa 14 gennaio 2008. I coefficienti delle  combinazioni sono assegnati, per ogni tipo di carico, come valori di  default a quelli della suddetta normativa, ma possono essere modificati  per essere adeguate a qualsiasi situazione. Anzi si posso generare nuovi  “tipi” di carico con tutti i parametri in combinazione  voluti. Il sistema delle combinazioni, negli ambienti per i quali  è necessario, è unificato e molto flessibile.

Personalizzazione
Inoltre EasyBeam è completamente configurabile per cui,  virtualmente, si possono soddisfare i requisiti di qualsiasi normativa.  Nella consueta logica della Softing, uno “strato” di  interfaccia “superiore” può rendere non necessaria la  capillare configurazione perché lo “strato” superiore  vi provvede tramite una semplice scelta della normativa da applicare.  Usando, in ogni caso, il configuratore di Nòlian All In One,  queste configurazioni, seppur sempre modificabili e controllabili  “in situ”, sono impostate con molta facilità tutte  insieme per tutti gli ambienti di Nòlian All In One.
Per un uso più flessibile e potente, sono stati inoltre  introdotti i “metamateriali” e cioè una descrizione  del materiale che comprenda anche i “metodi di lavorazione”  e quindi nel materiale associato ad una trave si possono assegnare non  solo le caratteristiche meccaniche del calcestruzzo, ad esempio, ma  anche i diametri delle barre impiegabili per armarlo ed altre simili  specifiche. Ciò consente anche un progetto diversificato da  elemento ad elemento. Ad esempio, al materiale associato ad una trave si  possono assegnare non solo le caratteristiche meccaniche del  calcestruzzo, ma anche i diametri delle barre impiegabili per armarlo ed  altre simili specifiche. Ciò consente anche un progetto  diversificato da elemento ad elemento.

Gli esecutivi
Gli esecutivi vengono automaticamente generati ed impaginati da  EasyBeam su foglio del formato voluto dal progettista, dotando il  foglio di note, di cartiglio e di distinta delle armature. Se lo si  desidera si può anche comporre manualmente la tavola  “incollando” il disegno di ogni elemento nel punto  desiderato del foglio. È anche disponibile una innovativa  rappresentazione a foglio unico di formato A4 a libretto: un elemento  per libretto A4 consente una facile archiviazione ed un impiego  più razionale in cantiere. Gli esecutivi vengono impaginato in un  CAD interno, il BIC, comune a tutti gli ambienti Softing che necessitino  della produzione di disegni. In questo ambiente, un vero CAD  bidimensionale, è possibile eseguire eventuali aggiustamenti e  arricchimenti grafici, dal BIC gli esecutivi possono essere inviati su  plotter o salvati in vari formati grafici.

La relazione di calcolo
Le stampe dei dati e dei risultati avvengono in modo  “tematico”, a temi selezionabili e ordinabili, e per gli  elementi voluti. Anche tutti, ovviamente. Una particolare formattazione  si aggiunge a quelle standard consentendo di produrre una  “scheda” per ogni elemento. La stampa avviene su file in  formato html o rtf. Ovviamente si possono recepire i risultati in  automatico perché facciano parte di una relazione personalizzata  eseguita con EasyQuill.

Il computo dei materiali
EasyBeam dispone anche di una funzionalità per  effettuare il computo dei materiali che può sia essere consultato  a dialogo, sia riportato su un file in formato CSV per essere usato su  un tabellone elettronico. Inoltre le barre possono essere riportate  anch’esse in una tavola di taglio secondo il British Standard.
Autonomia del progetto

EasyBeam è in grado di eseguire il completo progetto delle armature secondo normativa offrendo un’amplissima diagnostica in caso di situazioni non rispondenti alla normativa o non strutturalmente accettabili, il sistema di diagnostica consente non solo di segnalare con semplicità il problema e l’elemento dove si è verificato, ma anche di accedere allo specifico testo della guida che tratta l’errore per aiutare a risolverlo.

Nonostante l’automatismo avanzato, il progettista può intervenire nel progetto in qualsiasi sua fase, decidendo di:

  • Immettere a dialogo le armature volute.
  • Immettere graficamente nuove armature o modificare quelle esistenti.
  • Usare un diagramma a colori del fattore di sicurezza per essere interattivamente guidato nelle modifiche.

Inoltre dispone delle seguenti verifiche a dialogo o per rappresentazione a colori che quindi precedono l’uso dei risultati stampati per avere sempre il “polso della situazione”:

  • Verifica delle tensioni o delle deformazioni nel calcestruzzo.
  • Come sopra per le barre di armatura.
  • Valore del momento ultimo biassiale, sia a dialogo che in rappresentazione a colori
  • Come sopra per il taglio biassiale.
  • Verifica degli stati di esercizio, fessurazione e tensioni.
  • Verifica allo stato limite di danno.
  • Calcolo della duttilità con rappresentazione anche a colori sul modello.
  • Diagramma di interazione momento-forza assiale anche tridimensionale.
  • Diagramma momento-curvatura e calcolo della duttilità.
  • Verifica della capacità di rotazione.

In EasyBeam vi è anche la possibilità di studiare una singola sezione generica con lo scopo di documentare o mettere a punto una soluzione specifica (“Laboratorio sezioni”). Quest’ultima potente funzionalità consente anche, se si vuole, con un semplice “clic” di applicare la soluzione ottenuta agli elementi della struttura. Inoltre è possibile modificare le sezioni e condurre una verifica su tali sezioni modificate. Ovviamente ciò altera la distribuzione degli sforzi nella struttura ma è utile al dimensionamento. Le sezioni così modificate si ritrovano in Nòlian per una facile nuova analisi della struttura. Altra importante funzionalità di EasyBeam è data dalla possibilità di “importare” le armature precedentemente progettate ed eventualmente personalizzate per sottoporle a verifica con nuove condizioni di sollecitazioni ottenute da una analisi con Nòlian.

APPROFONDIMENTI

Descrizione: ambiente di progetto e disegno esecutivo della armature in travi e pilastri in cemento armato.
Limiti del problema: EasyBeam è nato per poter gestire le mesh  di elementi finiti del tutto generali di Nòlian e quindi non ha limiti  virtuali in quanto gestisce elementi comunque disposti nello spazio  tridimensionale e comunque sollecitati (presso-tenso flessione deviata,  taglio deviato, sezioni generiche etc.) senza limitare il progetto a  sotto-strutture piane o rese piane o a sotto-tipologie che limitino la  generalità delle strutture trattabili con Nòlian. Sono supportati gli  elementi finiti Asta, Trave e Trave Winkler di Nòlian. Gli elementi  Rigel sono trasformati automaticamente in disassamenti (offset) degli  elementi.
Metodi di calcolo: la generalità di EasyBeam per trattare  strutture del tutto generali si basa su metodi di analisi non lineare  della sezione (matrice di rigidezza ottenuta tramite integrali di Green  sul contorno) e sul calcolo delle sollecitazioni a taglio tramite  integrazione numerica. La generalità di questi metodi numerici non fa  soggiacere EasyBeam, in queste potenti fasi di progetto, ad alcuna  normativa o ad alcuna limitazione in quanto i legami costituitivi dei  materiali sono del tutto definibili negli algoritmi risolventi. Non  vengono impiegati metodi approssimati (stress-block, campi di rottura  etc.) e quindi EasyBeam affronta il problema in modo del tutto generale.
Verifiche geotecniche: vengono effettuate le verifiche  geotecniche relative alla pressione sul terreno secondo il metodo di  Hansen delle travi di fondazione e dei plinti superficiali isolati.
Metodi di input: la geometria e i dati del problema sono tutti  già definiti in Nòlian quindi EasyBeam necessita solo della  configurazione con i parametri di progetto desiderati (metodo di  calcolo, resistenze caratteristiche dei materiali etc.). Questa  configurazione può essere anche fatta una volta per tutte in quanto  viene memorizzata e quindi EasyBeam può progettare le armature  direttamente senza alcun ulteriore assegnazione. In ogni caso, l’utente è  libero di modificare sezioni e offset, se lo ritiene opportuno, e tali  modifiche sono recepite nel data base comune e quindi rese disponibili,  eventualmente, per una nuova elaborazione in Nòlian o con gli altri  programmi di EasyWorld.
Metodi di merge dei dati: Si può eseguire un “merge” di  armature. Cioè si può modificare la struttura, rianalizzarla con Nòlian e  quindi reimportare le armature già progettate per verificarle o  modificarle solo dove richiesto. Questo metodo consente sia la verifica  sotto nuove condizioni di carico di strutture già progettate o già  realizzate, sia di diminuire al massimo gli interventi su un progetto  già fatto qualora vengano richieste delle modifiche.
Metodi di combinazione dei carichi: E’ possibile definire ogni  condizione di carico secondo la sua tipologia (permanente, variabile,  eccezionale etc.). Tramite queste definizioni, il programma effettua le  combinazioni previste dalle normative usando fattori di combinazioni  assegnabili dall’utente. Le combinazioni così effettuate possono essere  controllate, modificate e vengono riportate nelle stampe. A queste  combinazioni se ne possono aggiungere di personali o si possono avere  solo combinazioni personali con qualsiasi fattore di combinazione. Le  combinazioni di progetto e di servizio vengono eseguite separatamente ma  con gli stessi criteri sopra descritti.
Oltre a queste combinazioni di progetto si possono generarsi delle  nuove condizioni combinando le condizioni base con i metodi voluti  (SRSS, percentuale, lineare etc.). In genere queste combinazioni, se  necessarie, si possono fare già direttamente in Nòlian.
La configurazione: EasyBeam è configurabile tramite moltissimi  parametri di progetto che consentono un progetto aderente al massimo  alle proprie specifiche necessità. Sono configurabili sia i parametri di  progetto (resistenze, coefficienti parziali, deformazioni limite etc.),  sia di disposizione delle armature (interruzioni, riprese di getto,  forma personalizzata delle staffe etc.). Questi parametri consentono la  massima libertà. Consentono anche di calibrare EasyBeam per il rispetto  di molte normative. I parametri vengono memorizzati, così che il  progettista può definire una volta per tutte il proprio modo di operare.
I disassamenti: se il modello di calcolo non richiede una esatto  posizionamento dei disassamenti degli elementi (spesso trascurabili ai  fini dell’analisi ma comunque sempre modellabili con gli elementi  Rigel), in EasyBeam si possono allineare gli elementi nel modo voluto  per soddisfare le esigenze costruttive. Vi sono molti metodi, anche  automatici e si può gestire il posizionamento anche tramite la tecnica  di tracciamento detta dei “fili fissi”.
Verifiche di accettabilità del progetto: Verifiche delle  tensioni, delle deformazioni, delle sollecitazioni limite, dei fattori  di sicurezza e di sfruttamento, diagrammi di interazione momento-forza  assiale, diagrammi momento-curvatura con calcolo della duttilità,  verifiche agli stati limite ultimi e di servizio, verifica a  fessurazione. Per le verifiche sismiche vedi oltre. Le verifiche possono  essere fatte in qualsiasi momento, anche con armature assegnate  dall’utente (verifica di strutture esistenti). I risultati delle  verifiche sono esposti: a dialogo, a livelli di colore, nelle stampe. Si  possono avere i risultati delle verifiche a livelli di colore sia sugli  elementi verificati che sull’involucro in calcestruzzo che nelle  singole barre. Una funzione di “verifica rapida” esegue tutte le  verifiche necessarie e indica immediatamente gli elementi non verificati  per un controllo rapido della correttezza del progetto.






Procedimenti speciali per progetto in zona sismica: vengono  effettuate le verifiche previste da tutte le normative supportate e  viene effettuato il progetto per gerarchia delle resistenze per  assicurare la adeguata duttilità del giunto trave-colonna. Sono  supportate in modo specifico le verifiche e i criteri di progetto in  zona sismica del DM 14 gennaio 2008; per una descrizione dettagliata si  faccia riferimento al manuale.
Visualizzazione delle armature: le armature vengono visualizzate  a schermo, per un controllo rapido, sia in rappresentazione  tridimensionale che in “esploso” piano ordinate cioè al lato di ogni  elemento. Nella rappresentazione per esploso piano si può anche  interagire con la disposizione delle barre (vedi). La rappresentazione  “esecutiva” invece avviene esportando gli elementi voluti (anche in  automatico) nel sistema CAD integrato (vedi).
Personalizzazione delle armature: La disposizione delle armature  effettuata in automatico può essere personalizzata. Si può agire sulla  rappresentazione per esploso piano selezionando le barre volute e  applicando le modifiche. Oppure si può agire in un dialogo in cui è  possibile selezionare la singola barra (ricordiamo che EasyBeam gestisce  involucri tridimensionali e quindi le barre possono essere liberamente  posizionate nella sezione) e operare su di essa. Infine si può agire sul  disegno esecutivo con le funzioni tipiche dei sistemi CAD. Nei primi  due casi la forma della barra viene conservata nel data base e  costituisce un dato sempre riutilizzabile anche per future  rielaborazioni, stampe o verifiche. Queste, e altre funzioni specifiche,  consentono anche di inserire un’armatura voluta, indipendentemente  dalle funzioni di progetto di EasyBeam, per poi verificarla.
Produzione dei disegni esecutivi: gli esecutivi vengono prodotti  “esportando” nel sistema CAD di EasyBeam (il “BIC”) gli elementi  strutturali dei quali si vuole il disegno. La “esportazione” è una sorta  di “copia-incolla” che consente la composizione personalizzata della  tavola. Possono essere esportati gli elementi che si desiderano, non  necessariamente singole travate ma anche interi telai,  indifferentemente. La esportazione nel BIC può essere anche automatica  con impaginazione automatica per formare le tavole complete degli  esecutivi della struttura. Questa funzione consente di avere nel sistema  CAD (e quindi con possibilità di gestione proprie di tali sistemi) il  disegno esecutivo redatto secondo le modalità tipiche di questo tipo di  disegni. Molti parametri di esportazione consentono di personalizzare  anche questi disegni definendone la scala, la dimensione dei testi, gli  elementi opzionali voluti nel disegno etc. Si possono avere quante  sezioni si desidera per ogni elemento nelle quali sono riportati, a  scelta, il diametro o le posizioni delle barre. I pilastri vengono  rappresentati nella loro estensione consentendo una esatta  rappresentazione delle variazioni di armatura nel giunto, indispensabile  per un corretto progetto in zona sismica. EasyBeam tiene conto della  esatta geometria tridimensionale degli elementi e quindi le barre sono  sagomate esattamente sul contorno anche in caso di variazioni di sezione  o di giunti di geometria complessa.
Stampa dei disegni esecutivi: i fogli del sistema CAD integrato  di EasyBeam (il “BIC”, comune a tutti gli ambienti di All In One) sono  di formato definibile dall’utente, di scala voluta e di unità di misura  volute e possono essere automaticamente dotati di cartiglio  personalizzato. La produzione delle tavole esecutive può avvenire in  vari modi, dalla registrazione in vari foranti grafici (eps, dxf,  bitmap) alla stampa tramite stampante e alla riproduzione su plotter sia  come stampante che nel linguaggio HPGL2.
Stampa delle verifiche: output dei dati e dei risultati su file  in formato RTF o HTML, completamente configurabile nei contenuti. La  stampa, tematica e molto dettagliata, dei dati e dei risultati delle  verifiche per tutte le sezioni volute di tutti gli elementi voluti  (l’utente è sempre libero di scegliere cosa stampare, se lo vuole, anche  tutto). La stampa è tematica in quanto si possono anche scegliere le  specifiche verifiche da stampare. Vi è anche un metodo automatico di  selezione di elementi più significativi per limitare la stampa solo a  questi elementi. Per l’eventuale inserimento delle stampe di EasyBeam  nel contesto di una “relazione di calcolo” impaginata automaticamente  secondo criteri personalizzati, si veda l'ambiente EasyQuill.
Funzioni di computo metrico: sono disponibili le quantità di  armatura, il volume del calcestruzzo e la superficie dei casseri sia a  dialogo che su file. La stampa su file è in formato recepibile dai  tabelloni elettronici e quindi consente un uso immediato per i computi  metrici estimativi o l’importazione in programmi di contabilità. E’  disponibile anche una funzione che fornisce, sempre nel formato  suddetto, la distinta delle barre con codifica della sagomatura secondo  British Standard (recepito anche da molti sagomatori italiani) per la  produzione automatica delle barre. Infine nel BIC è possibile produrre  in automatico la distinta delle armature per ogni tavola con numerazione  automatica delle posizioni sia “locali” nel singolo gruppo strutturale  sia relative all’intero foglio.
Normative: gli algoritmi matematicamente molto evoluti sui quali  è basato EasyBeam lo rendono in gran parte indipendente dai dettami  semplificativi delle norme. Comunque certe prescrizioni sono già  implementate per semplificarne l’uso. Le normative di riferimento  supportata in modo specifico e completo è il DM 14 gennaio 2008; per una  descrizione dettagliata si faccia riferimento al manuale.
Certificazioni: La Softing è certificata ISO 9002 per le  procedure di assistenza, aggiornamento e modifica del software. EasyBeam  è stato definito “Prodotto strategico” da Apple Computer nel 1992  (targa d’argento). La Softing è stata fondata nel 1983 e da allora  produce software per ingegneria.
 
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