Forme di interoperabilità nella progettazione strutturale in BIM: un esempio pratico

La metodologia BIM ad oggi rappresenta l’evoluzione digitale del mondo dell’edilizia. Lo scopo è quello di rivoluzionare le pratiche progettuali in termini metodologici e strumentali, lasciando intatti i principi teorici di base. La progettazione strutturale trae beneficio da tale sviluppo digitale, potendo contare su uno degli aspetti principe della Metodologia BIM: “L’interoperabilità multi-disciplinare”.

I vantaggi della metodologia BIM applicata nella progettazione strutturale

Il progresso dell’informazione digitale ha rafforzato i sistemi di connessione multi-disciplinari, modificando aspetti di produzione e condivisione. Nel processo di progettazione risulta fondamentale instaurare un flusso continuo di informazioni tra i settori di architettura, struttura ed impianti, al fine di ottenere un risultato di soluzioni coordinate e bilanciate. Tale procedura trova piena integrazione nella filosofia della metodologia BIM, ormai sempre più radicata nei processi di progettazione integrata.

In questo articolo, viene approfondito un particolare uso di detta metodologia, ovvero l’utilizzo del BIM nella progettazione strutturale. Esso è uno strumento ideale in grado di rendere la pratica professionale più competitiva ed efficiente sia sul piano della riduzione dei costi/tempi sia sul piano della qualità, mediante un’iterazione continua tra il modello architettonico e modello strutturale.

Per meglio comprendere la logica del BIM è utile ricordare che tradizionalmente, il progettista comunica la sua idea del progetto attraverso piante e sezioni in modo manuale o con il CAD. Esistono oggettive difficoltà, a partire da questi elementi, nel ricostruire l'edificio secondo la realtà tridimensionale. Inoltre, i disegni possono essere numerosi e non essendo collegati tra loro, le modifiche possono richiedere molto tempo.

Con il BIM la modalità di rappresentazione consiste in un modello virtuale tridimensionale, composto da oggetti elementari (travi, pilastri, solai, scale, muri) che lo specifico software BIM mette a disposizione mediante una libreria apposita.

La presente applicazione ha lo scopo di testare una delle forme di interoperabilità messe a disposizione dalla teoria della metodologia BIM, che si realizza quando dal modello architettonico si trasferiscono i dati necessari per realizzare il modello strutturale. L'operazione è biunivoca, in quanto è possibile integrare le modifiche progettuali, a valle dei calcoli del progettista strutturale, nel modello architettonico di origine.

Un esempio pratico di progettazione strutturale in BIM

Si riporta un esempio di progettazione definitiva di una struttura in acciaio da realizzare all’interno di un fabbricato esistente con la funzione di supportare impianti elettrici con carico distribuito di 550 kg/mq e formare un passaggio sottostante per una via d’esodo.

Si è partiti dal rilievo geometrico della struttura esistente su cui si sono studiati gli spazi e le aperture di progetto necessarie per il rispetto delle normative vigenti, il tutto riportato in disegno CAD che è stato la base per la modellazione strutturale ed architettonica nello specifico software BIM di modellazione geometrica/parametrica.

In funzione delle altezze disponibili, delle distanze e dei carichi agenti, si è modellata la struttura scegliendo i profili in acciaio attraverso un predimensionamento manuale di massima assegnando la tipologia di acciaio prevista(S275JR) per poi passare allo studio di fattibilità delle connessioni degli elementi del telaio valutando le diverse tipologie esistenti e scegliendo quelle più idonee sia da un punto di vista di calcolo che da un punto di vista realizzativo. A tal proposito la modellazione 3D è risultata di notevole aiuto, evidenziando le possibili interferenze che si potevano riscontrare nella formazione dei nodi di connessione, modellando piatti di irrigidimento, bulloni, connettori e punti di saldatura.

Il software di modellazione architettonica ha offerto la possibilità di riconosce gli elementi strutturali schematizzandoli automaticamente nel modello analitico con elementi beam contenenti le informazioni delle caratteristiche dei materiali e delle sezioni precedentemente assegnate. È necessario completare e qualvolta correggere il modello analitico proposto in base a ponderate valutazioni ingegneristiche, attribuendo i giusti vincoli per ogni tipologia di connessione e i carichi agenti di progetto secondo l’orditura dei solai o modificando la posizione dei nodi a causa di offset impostati alle estremità degli elementi nel modello strutturale. In questo caso sono stati assegnati alle connessioni con piastra e bullonatura un vincolo di semi-incastro, mentre per le connessioni saldate un vincolo di incastro.

Completato il processo di schematizzazione analitica della struttura, lo specifico modulo di estensione ha permesso il trasferimento delle informazioni contenute nel suo modello analitico al software di calcolo, caricando fedelmente i dati analitici già assegnati.

Di seguito si riporta il calcolo analitico per le combinazioni di carico generate dal software di calcolo secondo la normativa vigente (NTC 2018).

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