Autodesk Currículo Estructural 2013 Libro de Ejercicios para los Estudiantes Unidad 5: Análisis Estructural Avanzado y Coordinación

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1 Autodesk Currículo Estructural 2013 Libro de Ejercicios para los Estudiantes Unidad 5: Análisis Estructural Avanzado y Coordinación Contenido Información General de la Unidad... 2 Información General... 2 Objetivos... 2 Ejercicios... 2 Términos Clave... 2 Lección 1: Autodesk Robot Structural Analysis Professional l... 4 Interfaz de usuario... 4 Capacidades de Robot... 5 Robot y Revit... 6 Vinculación de modelos de Revit... 8 Comprobación interferencias en Revit... 9 Flujo de Trabajo Sugerido Información General de los Ejercicios Exercise 5.1: Coordinación en Revit 3D Ejercicio 5.2: Coordinación en Navisworks 3D Ejercicio 5.3: Análisis de la Estructura Lateral y Autodesk 360 Structural Analysis Ejercicio 5.4: P-Delta Análisis de la Estructura... 13

2 Información General de la Unidad Información General En esta lección se ofrece una breve visión del software Autodesk Robot Structural Analysis Professional, ampliando las técnicas aprendidas en las lecciones anteriores. Esta lección introduce los conceptos básicos de Robot en sus capacidades de análisis e incluye una lección rápida sobre la interfaz de usuario y herramientas disponibles. En esta unidad también se presentará el papel de todas las partes involucradas en el diseño y ofrece sugerencias para el flujo de trabajo adecuado utilizando modelos de información de edificios (BIM) en el diseño estructural. Una visión avanzada de coordinación de las operaciones también se explorará. Para obtener unos mejores resultados se sugiere a los estudiantes tener un conocimiento básico del análisis estructural y tener experiencia en un paquete de software de análisis estructural. En los ejercicios de la Unidad 5 se introducen las características avanzadas de robot y se abordaran análisis de problemas estructurales más complicados. Duración Estimada: 3:00 horas Objetivos Al finalizar esta lección, los estudiantes serán capaces de: Construir y analizar los diferentes modelos estructurales en Autodesk Robot Structural Analysis Professional. Utilizar Autodesk 360 y Autodesk Robot Structural Analysis Professional para analizar una estructura lateral. Analizar una estructura lateral considerando y suprimiendo los efectos P-Delta. Definir el papel de cada participante en el diseño de un edificio y Conocer las diferencias entre ellos: Arquitecto, Ingeniero Estructural, Ingeniero MEP, Ingeniero Civil, Contratista, Subcontratistas, y Propietarios. Entender el concepto básico de la práctica integrada, su flujo de trabajo y las tendencias de la industria hacia este concepto. Definir la importancia de la práctica integrada, sus retos y beneficios. Entender el concepto de detección de errores multidisciplinarios. Ejercicios Estos son los ejercicios de práctica: Ejercicio 5.1: Coordinación de Revit 3D Ejercicio 5.2: Coordinación en Navisworks Ejercicio 5.3: Análisis de marco lateral y Autodesk 360 Ejercicio 5.4: P-Delta Estructura del análisis Términos Clave Los siguientes términos se utilizan en esta lección: Términos clave Arquitecto Ingeniero Estructural Definición Profesional que tiene la función de definir el espacio y el uso de un edificio para satisfacer las necesidades previstas de la instalación y uso. Este profesional tiene la función de diseñar y dimensionar los elementos estructurales necesarios de un edificio para el soporte de 2

3 cargas y fuerzas impuestas sobre la función y utilización prevista. Ingeniero MEP Ingeniero Civil Contratista Subcontratista Propietario Profesional que tiene la función de consultoría en el diseño y dimensionamiento de los componentes de sistemas mecánicos, eléctricos, y de plomería requeridos (MEP) de un edificio. Su diseño trata los requisitos para la calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), el uso de electricidad, y plomería para el uso y funcionamiento previsto de el edificio. Profesional que tiene la función de diseñar las modificaciones necesarias para el drenaje en una propiedad como aguas negras y aguas de lluvia. También son responsables de los artículos legales, tales como la coordinación del diseño del emplazamiento, servicios públicos de la propiedad y servidumbres del gobierno. La entidad ya sea una compañía o individuo, que acuerda la contratación de los subcontratistas de un edificio. Los contratistas son responsables de tomar el diseño del arquitecto, los ingenieros estructurales y otras disciplinas de diseño, para organizar el tiempo, material y recursos para construir el edificio. Lideando con cómputos de materiales, programación de operaciones, estimación de costos y otros aspectos importantes de la construcción del edificio. Los subcontratistas representan a los diversos oficios que fabrican los componentes de un edificio y la construcción in situ. Los subcontratistas son responsables de tomar el diseño del arquitecto, los ingenieros estructurales y otras disciplinas de diseño para organizar los tiempos de construcción, material y recursos para construir el edificio. Todo ello referenciado a cómputos de materiales, programación, estimación de costos y otros aspectos importantes de la construcción del edificio para su comercio y coordinan estos esfuerzos con el contratista y otros oficios. Ejemplos de subcontratistas y oficios incluyen a fabricantes de acero, erectores de torres de hormigón, electricistas, fontaneros, mecánicos contratistas de HVAC, tejados, y sistemas de cortina de vidrio. La persona que será propietaria y operara el edificio. El propietario es responsable de tomar las decisiones generales sobre el tipo de edificio que quiere y su uso previsto. Estas decisiones afectan a los arquitectos, ingenieros y contratistas durante la vida del proyecto de construcción. 3

4 Autodesk Currículo Estructural 2013 Libro de Ejercicios para los Estudiantes Unidad 5: Análisis Estructural Avanzado y Coordinación Lección 1: Autodesk Robot Structural Analysis Professional Lección 1: Autodesk Robot Structural Analysis Professional Interfaz de usuario La siguiente Imagen muestra una visión general básica de la interfaz del usuario de Autodesk Robot Structural Analysis Professional. Figura 1: Interfaz del usuario en Robot. La interfaz del usuario es la siguiente (Figura 1): 1. Barra de herramientas Standard Esta barra de herramientas es común en la mayoría del software, e incluye accesos directos a las herramientas no relacionadas directamente con la creación o el análisis del diseño. Las funciones son tales como imprimir, guardar, deshacer. 2. Barra de herramientas Esta barra de herramientas proporciona accesos directos permitiendo al usuario navegar en las vistas y ver sus cálculos. 3. Sistema de diseño Diseñado para incorporar un nuevo usuario a través de un modelo de principio a fin, mientras que la apertura de ventanas son predefinidas para diferentes tareas. 4. Inspector de Objetos Se utiliza para administrar los diferentes elementos estructurales ubicados en el modelo. 5. Visor gráfico/editor Este espacio de modelado es donde el actual modelo de elementos finitos es creado y editado, también se muestran ciertos resultados y diagramas. 6. Barra de herramientas del modelo structural Esta barra de herramientas proporciona una serie de herramientas más comunes para el modelado y los elementos para que el usuario defina su modelo. 7. Administrador de Ventana Permite al usuario navegar entre los planos de trabajo y cambiar de 2D a vistas 3D.

5 Capacidades de Robot El programa Autodesk Robot Structural Analysis Professional es un amplio y versátil paquete construido originalmente para llenar el vacío en ingeniería estructural dentro del flujo de trabajo en BIM. Su capacidad de enlace bi-direccional permite que la documentación en construcción adecuada sea actualizada con precisión y con poco esfuerzo. La capacidad bi-direccional es única y muy útil, pero no es el único requisito importante del programa. Por ejemplo, es poderoso, pero fácil de usar para cualquier cosa, desde un simple análisis estático lineal a un análisis de terremoto muy complejo y dinámico. Además, un número de análisis no lineal se pueden considerar, que son incluidos pero que no se limitan a: P-Delta del análisis Tensión / compresión de los miembros y apoyos Cables Articulaciones plásticas Porque Robot es fácil de usar, los ingenieros pueden rápidamente explorar otras alternativas de diseño sin grandes y costosas sumas de horas de trabajo. La clave para el software es un programa de soluciones avanzadas que puede proporcionar resultados más rápidos y precisos, añadido a la eficiencia de los ingenieros. Estos algoritmos ayudan a optimizar más fácilmente y volver a analizar las configuraciones estructurales, para que los ingenieros puedan determinar rápidamente cual sería el mejor diseño. Parte del algoritmo es una herramienta de auto-mallado avanzada que le permite la manipulación manual o refinamiento de la malla y la creación de una malla de alta calidad de elementos finitos de prácticamente cualquier forma estructural. Anticipando el uso internacional del producto, los diseñadores incluyeron múltiples códigos y formas estructurales e incluso diferentes materiales disponibles en todo el mundo. Se incluyo a 60 bases de datos de materiales y secciones, así como a 70 incorporaciones de códigos de diseño para países múltiples. Esto permite a los ingenieros trabajar con países específicos, unidades, formas y códigos de construcción uniforme. Robot también incluye 40 codigos internacionales para el acero y 30 codigos para el concreto reenforzado. Por ultimo, el software también está disponible en 8 idiomas diferentes. Las aplicaciones a menudo pueden ser limitadas debido a la carga de su potencia y programación. Una interfaz de aplicación abierta (API) elimina la idea de una aplicación que funciona en su propia manipulación manual de datos entre los programas que no son de interfaz. La función abierta del API de Robot le permite comunicarse no sólo con las aplicaciones de Autodesk, sino también con programas externos, tales como Microsoft Word y Microsoft Excel. La idea surgió a partir del modelo de objetos componentes de Microsoft (COM), lo que permitió a este software comunicarse y compartir las cargas de procesamiento. Esta característica no sólo ayuda con las fases iniciales de diseño de optimización de peso y/o forma, sino que también tiene potencial para aplicaciones de post-procesamiento. La Figura 2 representa el API en la fase de diseño inicial. El modelo se puede cambiar usando Excel y esos cambios pueden ser representados en Autodesk Robot. Las aplicaciones como esta son enormes ahorradoras de tiempo en la optimización de cualquier modelo. Figura 2: Interfaz con Microsoft Excel. 5

6 La mayoría de las aplicaciones de software analizan una estructura y devuelven un largo informe, a veces cientos de páginas de documentación compleja. Robot devuelve resultados tabulares que son fácilmente filtrados, y se puede utilizar la función API para colocar los resultados en hojas de cálculo de la empresa o incluso en análisis especiales codificados para diferentes materiales. No solo los datos numéricos almacenados, vistas definidas del modelo también se pueden guardar y se actualizaran automáticamente cuando el modelo ha cambiado. La figura 3 representa los datos guardados y las vistas que se pueden conseguir. Figura 3: Resultados del análisis. Robot y Revit Algunas firmas de ingeniería estructural inician el proceso de diseño mediante la creación de documentación. Otros inician creando un modelo analítico. El enlace entre Autodesk Revit y Robot Structural Analysis Professional es compatible con ambos flujos de trabajo. Sin embargo, hay algunas ventajas en comenzar el proceso de diseño con un modelo en el software Revit en lugar de Autodesk Robot Structural Analysis Professional. Por ejemplo, además de la creación de documentos de construcción, muchas empresas utilizan el modelo de Revit Structure para ayudar a coordinar sus diseños con otras disciplinas. Por lo tanto, los dibujantes estructurales pueden comenzar a modelar, documentar utilizando estándares de la compañía, y coordinar la estructura. Al iniciar el diseño en el software de Revit, hay tanto un modelo físico creado para la coordinación y la documentación inicial, así como un modelo analítico simplificado. Cada modelo es independientemente editable pero también mantiene una relación constante con el otro. Por otra parte, las capacidades del programa de Revit permiten a los diseñadores estructurales vincular el modelo físico con la información tales como las propiedades físicas, la definición de modelo de análisis propuesto y las condiciones de las cargas previstas. Esto hace el modelo físico más completo y también mejora la colaboración entre los ingenieros estructurales. Por ejemplo, en un método de trabajo tradicional, el técnico de CAD o diseñador, crea un modelo físico que define las reacciones esperadas con su representación analítica, que es una simplificación geométrica real de lo más detallada. El técnico en CAD debe esperar hasta que el ingeniero haya completado el análisis estructural y el diseño antes de iniciar las tareas de coordinación y documentación. El vínculo bi-direccional entre Revit y Robot ayuda a que el intercambio de información estructural de análisis sea más fácil. El enlace permite a las empresas añadir información de análisis relacionada a el modelo de Revit, utilizando ese modelo (y la información) directamente para su análisis en Robot, y 6

7 despues, a actualizar el modelo de Revit basado en los resultados del análisis. Este proceso interactivo en el intercambio de datos respeta y conserva la información definida en soluciones para ambos programas. En Revit, el modelo físico y el modelo analítico asociado (que contiene las condiciones de contorno y las definiciones de carga utilizados para el análisis) se crean al mismo tiempo. Por lo tanto, el diseñador estructural crea tanto el modelo físico y analítico usando el software de Revit y luego envía el modelo analítico a un ingeniero estructural que utiliza Robot para el análisis de la estructural. Una vez que el modelo se ha relacionado con Robot, el ingeniero comienza el proceso de análisis y diseño de código. Tras un análisis inicial, el ingeniero puede querer hacer algunos cambios en el modelo de análisis basado en los resultados calculados. En algunos casos, el ingeniero también puede decidir hacer cambios en el modelo antes del análisis inicial basado en su experiencia y conocimiento. Además, el ingeniero puede definir tipos de cargas y las cargas que utilizaran en Robot. Después de que el análisis se haya realizado, el ingeniero examinará los resultados y comenzara a diseñar los elementos estructurales. Utilizando Robot, el ingeniero también puede ejecutar el código de comprobación para diseñar hormigón, acero, y los elementos de madera basados en una amplia variedad de normativas nacionales e internacionales. Cuando el ingeniero ha completado cambios en el diseño y el análisis, la información se transfiere de nuevo a Revit, permitiendo al diseñador revisar los cambios en el diseño durante la fase de análisis y el código de comprobación y en consecuencia actualizar el modelo físico. El enlace entre Revit Structure y Robot Structural Analysis le permitirá al ingeniero enviar porciones seleccionadas de un modelo de Revit Structure a Robot Structural Analysis y viceversa. Esta flexibilidad permitirá al ingeniero trabajar con la estructura de los modelos de análisis por separado. Los ejemplos incluyen análisis y diseño por separado para: Gravedad y sistemas laterales Acero estructural y sistemas de concreto reforzado Separaciones lógicas en la estructura Evaluaciones de elementos específicos Construcción por fases y opciones de diseño Figura 4: Análisis de modelos por separado. 7

8 Los usuarios pueden preferir algunas de las herramientas de modelado en Revit Structure sobre las de Robot Structural Analysis. Sin embargo, ciertos elementos o parámetros pueden ser más fácil de modelar y ajustar en Robot como los miembros finales comunicados, cargas y condiciones de contorno. Por ejemplo, la creación de combinaciones de carga es más factible en Robot, el cual puede auto-generar múltiples combinaciones a la vez. Además, existen más opciones en Robot Structural Analysis para la creación de cargas. Sin embargo, hay casos en los que puede ser necesario o preferible modelar cargas en Revit Structure principalmente para su uso en otras extensiones de Revit Structure para el análisis y el diseño. Vinculación de modelos de Revit La vinculación entre los modelos arquitectónicos y estructurales es el medio preferido de intercambio entre arquitectos e ingenieros si ambos están utilizando aplicaciones basadas en Revit, pero se encuentran en organizaciones separadas que no tienen acceso a una red compartida. Pueden intercambiar y vincular, sus modelos respectivos, al igual que un archivo arquitectónico DWG puede ser x-referenciado a un archivo estructural DWG, pero con mucha más inteligencia. Niveles y Rejillas Comprobación de interferencias 8

9 Figura 5: Pasos de una comprobación de interferencias. Comprobación interferencias en Revit Las pruebas de interferencia entre los elementos se pueden realizar dentro del mismo archivo archivos comúnes RVT compartidos entre los arquitectos e ingenieros o entre el archivo estructural actual y un archivo vinculado de Autodesk Revit Architecture. Por ejemplo, si el ingeniero estructural quiere asegurarse de que ninguna columna está cayendo en una escalera o ningún refuerzo está atravesando una abertura de la ventana, él o ella pueden vincular un archivo RVT arquitectónico dentro de Revit Structure, seleccionan: Herramientas > Comprobar interferencia > Ejecutar, despues, elige las categorías de objetos de el archivo de Revit Architecture y el proyecto estructural actual. La comprobación de interferencias se puede realizar entre los objetos estructurales y arquitectónicos, tales como las vigas de acero en la estructura y la escalera que se muestra en este ejemplo. 9

10 Figura 6: Miembro de acero interfiriendo con las escaleras. Flujo de Trabajo Sugerido El proceso sugerido para el análisis y el diseño es el siguiente: 1. Modele en Revit Structure a. Rejillas y Niveles b. Columnas Estructurales y Estructura c. Pisos estructurales y Cimentaciones d. Cargas de Diseño Preliminares y Cargas 2. Realizar fase inicial de análisis con Autodesk 360 Structural Analysis 3. Enviar a Robot Structural Analysis 4. Modele en Robot Structural Analysis a. Cargas finales del diseño, las Cargas, y Combinaciones de Cargas b. Condiciones del Contorno y Acabados c. Mallado y Parámetros de Análisis Avanzado 5. Realizar el Análisis Final y Verificación de Normas con Autodesk Robot Structural Analysis 6. Actualize en Revit Structure con Robot Structural Analysis lo siguiente a. Secciones b. Fuerzas Internas y Reacciones (si lo desea) c. Concreto Re-enforzado Diseñado 7. Repita este procedimiento para cada interación de diseño, según sea necesario. 10

11 Información General de los Ejercicios Para completar los siguientes ejercicios, los estudiantes deberán tener acceso en línea al taller de Autodesk BIM ( Haga clic en la pestaña de ingeniería estructural y seleccione la unidad 5. También necesitaran auriculares si están en un entorno de laboratorio entre otros equipos. Exercise 5.1: Coordinación en Revit 3D Vea el video de este ejercicio, y luego complete una prueba de interferencia entre el modelo MEP y el modelo estructural desde el interior de Revit. Utilice el conjunto de datos SE_Unit5_Exercise1_Start.rvt y la muestra prevista en el video en línea para llevar a cabo este ejercicio. Preguntas: Cuántas interferencias encontro? Cuál es la mejor solución para resolver los conflictos? 11

12 Ejercicio 5.2: Coordinación en Navisworks 3D Vea el video de este ejercicio, y luego complete la revisión del diseño de los modelos parcialmente completos de la estructura, MEP y arquitectura con Autodesk Navisworks. Para este ejercicio, usted necesitará el software Autodesk Navisworks Utilidad para la exportación NWC. Utilice el conjunto de datos SE_Unit5_Exercise2_Start.rvt y la muestra prevista en el video en línea para llevar a cabo este ejercicio. Preguntas: Los estudiantes deberán responder las preguntas usando el menú de Ayuda de Navisworks y el video para este ejercicio. 1. Cuántos problemas de diseño se encontraron entre los modelos de arquitectura, estructura y mecánico? 2. Qué son los puntos de vista en Navisworks? 3. Cómo puede informar lo que usted encuentra en Navisworks? 4. Con cual es más fácil moverse en el modelo: la función de "caminar" o la función de "volar"? Cuál es la principal diferencia entre caminar y volar en Navisworks? 5. Cuál sería una buena razón para usar la tercera persona con las opciones de gravedad y colisión encendidas para caminar a través del modelo? 6. Cómo es diferente Navisworks de Revit? Revit tiene herramientas de creación de modelos, mientras que Navisworks no tiene las herramientas de modelado. Ejercicio 5.3: Análisis de la Estructura Lateral y Autodesk 360 Structural Analysis Vea el video de este ejercicio, y luego complete el análisis lateral de la estructura seleccionada. También ejecute un análisis de todo el edificio con y sin Autodesk 360. Utilice el conjunto de datos SE_Unit5_Exercise3_Start.rvt y la muestra prevista en el video en línea para llevar a cabo este ejercicio. 1. Por qué ayudaría a exportar sólo partes de una estructura? 2. Cuáles son algunos de los beneficios de la utilización de Autodesk 360? 12

13 Ejercicio 5.4: P-Delta Análisis de la Estructura Vea el video de este ejercicio, y luego complete un cálculo de la desviación lateral de la estructura seleccionada utilizando el programa Robot y luego compare estos con los cálculos manuales. Utilice el conjunto de datos SE_Unit5_Exercise4_Start.rvt y la muestra prevista en el video en línea para llevar a cabo este ejercicio. 1. Hubo una diferencia en su respuesta? Por qué si o por qué no? 13