Eurocodice 5 Masterclass: progettazione di strutture in legno con RFEM 6

Introduzione al corso online RFEM 6 sulla progettazione di strutture in legno secondo l'Eurocodice 5, con verifica delle tensioni, stabilità e deformazioni, oltre alla modellazione 2D e 3D. Sono presentati i modelli scaricabili gratuiti, il certificato finale e la versione di prova di RFEM 6 gratuita per 90 giorni.

Panoramica dei cinque capitoli del corso e delle norme: Eurocodice 5 per le strutture in legno, verifica contro l'incendio ed EC0. Presenta gli stati limite e i moduli aggiuntivi verifica legno (RFEM e RSTAB) e superfici multistrato (solo RFEM), integrati nel software, e una diapositiva di progetti clienti.

Parte teorica sulle proprietà del legno: gamma M di 1,3, comportamento ortotropo e modulo di taglio rotolante, per cui GYZ scende al 10% del modulo di taglio. Il rapporto di Poisson dovrebbe restare sotto 0,5, ma con modulo 11.000 e modulo G 690 arriva a circa sette; per le superfici si usa il valore medio 2,52.

Si crea il modello esempio uno in RFEM: si disattivano le creazioni guidate di carichi e si attiva l'add-on Timber Design. Con New Surface si imposta un materiale isotropo definito dall'utente con modulo 11.000, coefficiente di Poisson 0,1 e modulo di taglio disattivato; lo spessore della superficie resta 20 cm.

Si disegna una superficie rettangolare di 4 m per 2 m, si vincolano tre lati (uno solo in Z, gli altri con una piccola costante elastica) e si applica un carico uniforme di 20 kN/m² in direzione Z. Nei casi di carico si disattiva il peso proprio, alto per la superficie in acciaio.

Il modello viene copiato due volte a 3 m in direzione Y, carico incluso, per confrontare tre superfici. La seconda riceve legno di conifere C24, modello ortotropo per superfici e coefficiente di Poisson 2,52; la terza è identica ma con la rigidezza ruotata di 90°, controllata con le direzioni di ortotropia.

Si calcola il modello e si confrontano gli spostamenti nelle tre superfici in uno stesso nodo: 4,3 mm nel materiale isotropo, circa il doppio nell'ortotropo e quasi 50 mm quando la direzione di ortotropia è sbagliata. Le forze interne, il momento attorno all'asse X, risultano più alte dove la rigidezza è maggiore.

Parte teorica sul coefficiente di viscosità kdef dell'EC5: 0,6 in classe di servizio 1, 0,8 in classe 2 e 2,0 in classe 3, con il carico aumentato di un fattore 1,6 nella classe 1. Si spiega la controfreccia, utile solo per l'analisi dipendente dal tempo, e i limiti del metodo per progetti complessi.

Si crea il modello esempio due: si attiva l'add-on Timber Design e si sceglie l'appendice nazionale tedesca, con kdef 0,6 in classe di servizio 1. Si modella una trave GL28C di 180 per 260 mm su due campate di 4 e 5 m, con tre vincoli del nodo e un carico uniforme di 2 kN/m in Z su entrambe le aste.

Si creano i casi di carico 2 e 3, carico imposto a medio termine, sui due campi e si crea un set di aste con proprietà di verifica, prioritarie sulle singole aste. Si definisce una lunghezza libera con momento critico analitico, poi nelle Design Configurations si espone al fuoco il solo lato inferiore.

Si crea un vincolo di progetto in legno lungo 240 mm con coefficiente C90 di 1,75 per il legno lamellare incollato di conifere, verificando gli spostamenti su 4 e 5 m in Z e 9 m in Y. Si aggiunge una situazione di progetto eccezionale per la resistenza al fuoco secondo la teoria del primo ordine.

Il calcolo verifica solo il set di aste, prioritario sulle aste, e la stabilità è soddisfatta. La lunghezza libera del vincolo di progetto sale a 270 mm a inizio asta e 300 mm all'interno. Con un carico del nodo di 2 kN in Y l'utilizzo sale al 101%, ma la verifica contro l'incendio è soddisfatta con sezione ridotta.

Si passa al metodo degli autovalori per il set di aste, attivando i nodi intermedi. Si crea poi la combinazione 21 riducendo la rigidezza dei materiali del coefficiente 0,625 anziché aumentare il carico: gli spostamenti (30,5 mm in Y, 1,2 e 4,8 mm in Z) risultano identici alla combinazione 9 con carico di 3,2 kN/m.

Si crea la situazione di progetto verifica delle vibrazioni, con combinazione al 100% del peso proprio e 30% del caso di carico 3, e con l'inflessione sull'asse Z locale resta un sovraccarico di circa il 14%. Il diagramma di A. Richter chiede frequenza naturale e forza di 2 kN: per domanda bassa valgono 6 Hz e 1 mm.

Si attiva l'add-on di analisi dinamica e si divide l'asta di 5 m con un nodo intermedio. Il caso di carico 4 importa le masse dalla combinazione 22, il 5 porta 2 kN in Z sul nodo. La frequenza naturale è 6,8 Hz, oltre il limite di 6, lo spostamento 1,2 mm e la verifica legno mostra instabilità fuori dal piano.

Nel nuovo modello con Timber Design si crea un arco lungo 15 m e alto 2,4 m, a cui si assegna un'asta 14 x 60 cm in GL28. Il carico di 2 kN/m diventa vento a breve termine per avere kmod pari a uno; le forze interne mostrano un momento basso, quindi la verifica di instabilità flesso torsionale non serve.

In Edit Effective Lengths il coefficiente vale 1,25 per l'instabilità flessionale e 1,0 per quella flesso torsionale; in Design Configurations resta la sola configurazione ultima. La verifica legno dà quasi il 90% di sovraccarico e i 16 m dell'asta curva, aumentati di 1,25, diventano lunghezza equivalente.

In Design Configurations il carico dell'asta curva passa al bordo stabilizzante con riduzione della lunghezza libera a 0,5: la lunghezza equivalente scende da 20 m a 15,7 m. In Edit Effective Lengths il metodo degli autovalori con vincolo intermedio in Y soddisfa la verifica; la sezione colorata mostra l'ingobbamento.

In questo nuovo esempio modella una trave di copertura a due falde di 18 m, con sezione iniziale 180 x 360 mm in GL28 e una sezione centrale (punto K) alta 2 m al 50% della luce. Applica vincoli fissi (tranne rotazione Y) e a carrello, poi un carico di 5 kN/m impostato come vento a breve termine.

L'instabilità flesso torsionale risulta sovraccarica del 26% e per le aste rastremate vale l'altezza di riferimento di 1,426 m. Un vincolo in Y a metà asta rende la verifica soddisfatta, con taglio a quasi il 96% e resistenza ridotta dal coefficiente 0,69 a 10° dalla fibratura. Chiude il metodo degli autovalori.

Negli Add-ons attiva Timber Design e la stabilità della struttura, imposta l'annesso tedesco e modella una colonna di 5 m con sezione 140x200 mm, cambiando il materiale da GL28 a C24. Definisce i vincoli e due casi di carico, peso proprio e vento, con 10 kN in Z sull'inizio asta e 1 kN/m in X sull'asta.

In Edit Effective Lengths | Timber Design toglie l'instabilità flesso torsionale e impone beta 2 nell'altra direzione, in Design Configurations disattiva esercizio e fuoco. Con il solo SLU al primo ordine le verifiche sono soddisfatte e la tabella mostra formule, filtro al 20% e 10 m equivalenti in Y contro 5 m in Z.

Attiva il calcolo del carico critico e crea la situazione SLU senza equivalente, con la combinazione 2 copiata al secondo ordine. Aggiunge un'imperfezione a deformata critica sul caso 1 e parametrizza l'entità come lunghezza analitica diviso 200, cioè 0,025 m, aggiornata in automatico e assegnata alla combinazione 5.

Il coefficiente di carico critico della combinazione 5 è 4,86: struttura stabile, asta equivalente valida, con carico critico di 50 kN in Y. Il momento sale a 4,86 contro 4,69 della 2 (nullo fuori piano), e disattivando le lunghezze libere in Timber Design si salta l'instabilità con tensioni leggermente più alte.

Il modello 3D del corso misura 20x14 m con cinque assi a 5 m e porta quattro casi di carico: carichi lineari di 1 e 2 kN/m, neve e due di vento dalle creazioni guidate di carichi. Lo strumento Geozone serve a inserire la posizione. Le superfici di trasferimento del carico scaricano solo sulle travi principali.

I rappresentanti aste uniscono le aste con proprietà identiche in quadrati colorati: una modifica vale per tutte ed evita dieci definizioni separate. Sulla trave superiore vale il tipo due di lunghezze libere (instabilità flesso torsionale), su quella inferiore Design Configurations ha esercizio e resistenza al fuoco.

Nella tabella verifica legno i risultati si leggono per rappresentanti aste, filtrabili sugli oggetti selezionati. La resistenza al fuoco delle colonne 14x14 cm non è soddisfatta per la sezione ridotta 109x78 con tre lati esposti in Design Configurations. Tre filtri isolano l'inflessione agli stati limite di esercizio.

Dal navigatore dati si apre la relazione di calcolo esistente e si inseriscono posizione del modello, lunghezze libere, classe di servizio, neve e vento e i tassi di lavoro filtrati con 0,5. Con stampa multipla si aggiungono modello, casi di carico da uno a quattro e verifica legno, più un PDF dai materiali del corso.