Etapas Do Projeto Estrutural

26/01/2013

Proj. Dim. e Det. Estr. CA – 03 Análise estrutura estrutural l

Etapas de projeto estrutural Cliente Arquitetura

Concepção Arranjo e análise estrutural

Instalações

Formas Dimensionamento e verificação de elementos

Detalhamento O projeto deve considerar: iterações, interações e interferências.

1

Proj. Dim. e Det. Estr. CA – 03 Análise estrutura estrutural l

Arranjo estrutural Esco Escolh lhaa e posi posici cion onam amen ento to dos dos elem elemen entos tos.. Definiç Definição ão dos elemen elementos tos resist resistent entes. es. Consid Considera eração ção do proces processo so constr construtiv utivo. o. Objetivos da análise estrutural: avaliar esforços e deslocamentos nos elementos !!!

2

1

26/01/2013

Proj. Dim. e Det. Estr. CA – 03 Análise estrutural

Sistema estrutural de edifícios O sistema estrutural de um edifício constitui um conjunto tridimensional de comportamento bastante complexo. Para facilitar a compreensão e a análise, geralmente o sistema estrutural é decomposto em subsistemas mais simples: • Pórticos planos; • Núcleos rígidos; • Paredes e diafragmas; • Treliças; • Grelhas; • Lajes; vigas; pilares; blocos; etc... 3


Subsistemas horizontais Distribuir ações verticais entre os subsistemas verticais. → Comportamento predominante de flexão (placa). Distribuir ações horizontais e transmitir aos subsistemas verticais conforme a rigidez de cada elemento. → Comportamento de diafragma (chapa). Tipologia: Vigas, lajes e grelhas. Conseqüência: parcela de carga de vento absorvida em cada pilar depende da rigidez do pilar e não da área de obstrução ! 4

2

26/01/2013


Subsistemas verticais Suportar os subsistemas horizontais. Compor os painéis resistentes às ações horizontais. Tipologia:  Pilares:  Pórticos:  Paredes:  Núcleos:

Barras verticais; Vigas + pilares + nós rígidos; Diafragmas planos (chapas); Arranjo tridimensional de placas.

5


Modelos matemáticos Os modelos matemáticos são representações da realidade para analisar as partes e para entender o todo. Os modelos estruturais atuais evoluíram muito nos últimos anos:  Aprimoramento dos computadores e dos programas;  Aprimoramento dos modelos teóricos;  Maior integração dos subsistemas;  Maior integração com as fundações. Considerações importantes:  Definição da natureza das ações (estáticas/dinâmicas);  Escolha dos materiais a serem utilizados. 6

3

26/01/2013


Idealizações Modelo

Comportamento dos elementos

Vínculos

Materiais

Barras, placas, chapas, ...

Fixos, molas, cordas, ...

Elásticos, rígidos, ...

Ações Estáticas, equivalentes, deformações, ... 7


Não linearidade física (NLF) Alteração do comportamento do material pelo:  Carregamento (diagrama tensão x deformação);  Permanência do carregamento (fluência);  Fissuração do concreto armado;  Escoamento da armadura. Importante na determinação dos deslocamentos (flechas) dos elementos fletidos. O modelo considera alteração da matriz de rigidez (incrementos de carregamentos) ou análise simplificada (inércia equivalente – Branson). 8

4

26/01/2013


Não-linearidade geométrica (NLG) Equilíbrio na posição deformada final. Importante para analisar a estabilidade global. Modelo considera análise elástica indireta (GamaZ) ou sucessiva (P-∆).

9


Análise elástica e linear      

Mais usual; Implementação computacional mais simples; Permite a superposição de efeitos; Simula bem o comportamento em serviço; Permite boa aproximação inicial, em geral; Análise não-linear executada por sucessivas etapas lineares.

10

5

26/01/2013


Método dos elementos finitos (MEF)     



Idealização da estrutura como um conjunto de elementos ligados pelos nós; Funções que descrevam o campo dos deslocamentos; Descrever o comportamento de cada elemento em função dos deslocamentos nodais; Reunir os elementos e descrever o comportamento global da estrutura (sistema de equações); Resolver o sistema de equações e determinar os resultados (deslocamentos, deformações, tensões, etc...); Podem ser elementos de barras (antiga Análise Matricial), bi-dimensionais ou sólidos.

11


Evolução dos programas estruturais

O processo é transparente para o usuário !

12

6

26/01/2013


Sugestões para a modelagem da forma 

Evitar transições de pilares: Havendo transição ou tirantes, devem ser considerados 2 modelos para a viga de apoio: um com inércia à flexão normal e outro com inércia majorada em 10x.



Evitar vigas com torção: A rigidez à torção em vigas fissuradas é cerca de 10 % da rigidez da seção bruta. Vigas apenas com torção de equilíbrio podem ser modeladas com 1 % da rigidez bruta.



Discretizar lajes por elementos de barra: Na falta de um modelo com elementos de placa, o elemento linear correspondente deve ter sua rigidez à torção reduzida para ¼ da rigidez bruta. 13


Custo da estrutura de um edifício Em geral, a estrutura de concreto armado moldado no local custa de 25 % a 35 % do custo total de um edifício, incluindo instalações e acabamentos. Proporção entre custos da estrutura de CA:  Concreto: 15 a 25 %  Aço: 40 a 55 %  Formas e escoramentos: 30 a 45 % Custo importante que pode ser reduzido; Necessita de estudo mais apurado; Reaproveitamento deve ser maximizado. 14

7

26/01/2013


Pré-dimensionamento de lajes maciças Armada em duas direções: h ≥ L/50 a L/40 (menor vão) Armada em uma direção: h ≥ L/40 a L/30 (menor vão) Vão mais econômico: 4 m e áreas entre 15 m 2 e 20 m2 Consumo de aço: 40 a 70 kgf de aço/m3 de concreto 15


Pré-dimensionamento de vigas Largura em função da alvenaria: mínimo de 12 cm, tolerando-se 10 cm Altura: vigas isostáticas: L/11 ≥ h ≥ L/9 vigas contínuas: L/12 ≥ h ≥ L/10 evitar variar a altura na mesma viga Vão mais econômico: entre 3,5 m e 4,5 m Consumo de aço: 90 a 150 kgf de aço/m3 de concreto 16

8

26/01/2013


Pré-dimensionamento de pilares Seção mais econômica: Relação entre lados não superior a 2,5; Dimensão mínima de 19 cm (cuidado com γ n !); Área mínima de 360 cm2 (seção circular φ ≥ 20cm); Evitar pilar-parede. O pré-dimensionamento deve ser mais cuidadoso pois afeta a rigidez da obra e o dimensionamento de vigas. Mais econômico: área de influência entre 15 e 25 m2 Consumo de aço: 120 a 300 kgf de aço/m3 de concreto

17


Índices por área Para edifícios, é mais útil totalizar todos os elementos e compor relações com a área construída do pavimento ao invés do volume de concreto de cada peça. Volume de concreto – espessura média: 0,18 a 0,22 m3 /m2  ~ 50 % para lajes maciças  ~ 25 % para vigas  ~ 25 % para pilares Consumo de aço: 16 a 22 kgf/m2 Quantidade de forma: 1,8 a 2,2 m2 /m2 Densidade de pilares: 11 a 13 m2 por pilar 18

9

26/01/2013


Padronização do pavimento-tipo Número de espessuras de lajes por pavimento: 1 →  2 a 3 →  → desaconselhado. >3 Número de seções de vigas por pavimento: 1 a 2 →  3 a 4 →  → desaconselhado. >4 Detalhamento de armadura de vigas do pavimento-tipo: 3 a 4 variações em relação à altura do edifício; mínimo de 4 pavimentos com o mesmo detalhamento. 19


Programas e projeto estrutural



Programa não elabora projetos automaticamente → é uma “ferramenta”, tal como a régua de cálculo.



Programa velozmente realiza cálculos, emite relatórios alfanuméricos, gráficos e desenhos → é necessário muito cuidado na entrada de dados.



Cabe ao engenheiro estrutural analisar, verificar e validar os resultados para transformar em um projeto estrutural executável → é imprescindível.

20

10

26/01/2013


Apoio de viga em pilar

Exemplo palestra de Nelson Covas – Enece 2008

21


Funcionamento de viga faixa rebaixo de banheiro e shaft


22

11

26/01/2013


Viga faixa com carga horizontal


23


Exemplo de modelagem

P1

P2

P3

Concreto C20 – Viga 20x50 – vãos de 5m; Pilares: P1=P2=P3= 20x20 – altura de 3m; Carga axial nos pilares correspondente a 4 pav.

24

12

26/01/2013


Vigas

2 vigas isostáticas

1 viga contínua

Sistemas hiperestáticos dependem fortemente das rigidezes, vínculos e deslocamentos envolvidos !

25


Pórtico plano simplificado

Pilares: P1=P2=P3= 20x20 – Sem carga axial (sem carga dos pavimentos superiores) 26

13

26/01/2013


Carregamento axial de 4 pavimentos δv

= 0,0337

0,0945

0,0337 mm

Pilares: P1=P2=P3= 20x20 – Com carga axial (deslocamentos verticais no nível do piso) 27


Pilar P1 enrijecido δv

= 0,0117

0,0928

0,0340 mm

Pilares: P1= 60x20 – P2=P3= 20x20 Deslocamento de P1 reduz de modo direto ao aumento de área 28

14

26/01/2013


Correção da rigidez axial δv

= 0,0039

0,0023

0,0004 mm

Pilares: P1= 60x20 – P2=P3= 20x20 Área de cada pilar = 3 x Área real (apenas para as ações verticais)

29


Trechos rígidos

Obs: No passado, recomendava-se usar 0,03L

Planta

Elevação

A inércia do trecho rígido não pode ser exagerada. Sugestão: seção com as dimensões do pilar b x L.

30

15

26/01/2013


Exemplo com pilar alongado C20; viga 20x50 – vãos de 5m; p = 20 kN/m; P1=60x20 – P2=P3=20x20 – comprimento de 3m

Mc

Mv-

Obs: pL2 /12 = 41,7 kN.m

Mv+ Momentos (kN.m) Mc MvMv+

Trecho rígido sem com 35,8 39,2 29,0 32,2 20,3 19,0

31

16

Etapas Do Projeto Estrutural

Recommend Documents