Desafío
La construcción con paneles de madera se caracteriza por un alto grado de prefabricación, tiempos de construcción cortos y un uso de recursos comparativamente bajo. Sin embargo, su aplicación se ha concentrado hasta ahora principalmente en edificios de pocas plantas. Un desafío para la construcción de varias plantas en madera consiste en aumentar eficientemente la capacidad de carga y la rigidez de los muros de arriostramiento, sin necesidad de incorporar capas constructivas o medios de fijación adicionales.
Por ello, en el proyecto de investigación HELEPOLIS se investigó en la RWTH Aachen University en qué medida los revestimientos contra incendios, necesarios de todos modos en la construcción de varias plantas en madera, pueden utilizarse junto con el revestimiento estructural para el arriostramiento horizontal. Para ello, fue necesario representar experimental, analítica y numéricamente la compleja interacción entre las costillas de madera, varias capas de placas, medios de fijación no lineales y anclajes.
Solución
Para las investigaciones numéricas se desarrolló un modelo de elementos finitos en RFEM. Las costillas de madera se modelaron con elementos de barra y las capas de revestimiento estructural y contra incendios con elementos de superficie. El comportamiento no lineal carga-deformación de los medios de fijación entre los paneles y el marco de madera se consideró mediante liberaciones de línea o muelles continuos. Como datos de entrada se utilizaron curvas carga-deformación obtenidas experimentalmente a partir de ensayos de medios de fijación.
RFEM se utilizó especialmente debido a la sencilla definición de liberaciones de línea no lineales y la generación automática de malla. De este modo, se pudieron investigar eficientemente diferentes configuraciones de muros y de medios de fijación, y comparar los resultados numéricos con ensayos en unidades de conexión, paneles de muro y estructuras de paneles de madera completas.
Las investigaciones muestran que las capas de placas adicionales y sus medios de fijación influyen considerablemente en la rigidez y la capacidad de carga de los muros de paneles de madera. Esta contribución es especialmente relevante en el cálculo sísmico, ya que afecta a la seguridad, y no debe despreciarse de forma generalizada ni aplicarse sin modelos de cálculo adecuados. Los resultados de la investigación se transfirieron a una guía de cálculo práctica con una herramienta de cálculo complementaria.
Ventajas del uso de Dlubal Software
- Modelización no lineal eficiente — Las articulaciones lineales y los muelles distribuidos representan el comportamiento de los medios de fijación directamente sobre la base de curvas carga-deformación experimentales
- Estudios paramétricos flexibles — La generación automática de malla permite la investigación rápida de diferentes configuraciones de muros y disposiciones de revestimiento
- Resultados numéricos validados — Los resultados de RFEM se confirmaron experimentalmente a nivel del medio de fijación individual, del panel de muro y de la estructura portante completa
- Transferencia a la práctica — Los resultados de la modelización se integraron directamente en una guía de cálculo publicada para la práctica de la construcción en madera
- Plataforma compatible con API — La API de Dlubal permite la integración en procesos automatizados de planificación estructural, un aspecto relevante para futuras herramientas de cálculo basadas en IA
