[pt] DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS ESTRUTURAIS SEMI-RÍGIDOS EM AÇO E MISTOS PARA EDIFICAÇÕES RESIDENCIAIS MULTI-FAMILIARES
[en] SEMI-RIGID COMPOSITE SYSTEMS FOR RESIDENTIAL BUILDINGS
Description
[pt] O dimensionamento de estruturas de edifícios de aço com ligações do tipo semi-rígidas ainda enfrenta uma série de resistências por parte dos engenheiros estruturais. Este fato se deve em parte à falta de normas específicas, programas de computadores adequados e informações mais detalhadas sobre as vantagens econômicas das ligações semi- rígidas. Este trabalho apresenta um estudo paramétrico de uma edificação considerando o dimensionamento das ligações no regime semi-rígido. Estas investigações consideram parâmetros como: a rigidez das ligações, sistemas com estruturas em aço ou mistos e estabilidade lateral dos pórticos. A edificação analisada foi uma habitação popular padronizada de quatro pavimentos desenvolvida pela USIMINAS, muito difundida no Brasil. Em uma primeira etapa cada edifício foi estudado com uma rigidez de ligação semi- rígida padrão para todas as ligações da estrutura. Posteriormente ligações semi-rígida individualizadas foram adotadas para os diversos pórticos estudados. Este trabalho a princípio apresenta uma metodologia de análise e dimensionamento de estruturas em aço com ligações semi- rígidas com base no modelo de molas proposto pelo Anexo J Revisado do Eurocode 3. Com base nesta metodologia propõe- se um modelo simplificado de ligações semi-rígidas viga/coluna com o uso do programa ANSYS. Os modelos estruturais foram estudados com a inclusão dos efeitos da não linearidade geométrica dos pórticos e o comportamento elasto-plástico do material de forma a se obter resultados consistentes com os resultados experimentais e sem a introdução de coeficientes de correção. Os resultados obtidos neste trabalho foram apresentados, discutidos e comparados com os desenvolvidos pela USIMINAS de forma a se analisar o comportamento das ligações e sua eficiência. Para os edifícios considerados neste trabalho, onde se fez uso de ligações semi-rígidas padrão, o sistema mais econômico, com relação à peso de aço, foi a estrutura mista com contraventamentos (40 por cento da capacidade rígida) que teve uma economia de até 48 por cento em relação aos outros edifícios e de até 10 por cento aos sistemas da USIMINAS. Quando no uso de ligações otimizadas estas economias aumentam para 53 por cento e 15 por cento. Os resultados apresentados confirmam a vantagem da utilização deste tipo de ligação em edifícios residenciais em aço de pequena altura.[en] Nowadays, despite the substantial increase in structural design knowledge, the semi-rigid connections steel design is still facing resistance from the structural engineers. This fact can be in part explained by few design standards that allows and explains their use, suitable computer programs and the lack of detailed information of the economical advantages of the semi-rigid design philosophy. This work presents a parametric analysis performed on a residential low-rise steel building considering all the steps necessary to a semi-rigid design. This analysis considered parameters like: beam-to-column connection stiffness and strength,structural system (steel or composite) and lateral frame stability (sway and non-sway frame solutions). The analysed structure consisted on a standard four pavements residential building proposed by a Brazilian Steel Mill Usiminas for low-cost popular constructions. Initially all the structure beam-to-column connections adopted a standard connection stiffness. The study continued with optimised connection stiffness for each of the designed structural frames. The first part of the present work is devoted to a full description of the design procedures proposed in the Eurocode 3, revised annex J for semi-rigid connection design. Based on this methodology a simple design model was proposed and implemented with the aid of the finite element program Ansys. The model included geometrical and material non- linearities and considered the connections semi-rigid behaviour avoiding the conventional approximations suggested in several current steel design standards. The results of this investigations are presented, discussed and compared to standard designs like the Usiminas proposal as means to access the economic potential and efficiency of the semi-rigid solutions. The best structural solution for the investigated construction was a non-sway composite semi- rigid (40 percent of the rigid capacity). The economy achieved were: 48 percent and 10 percent when compared to other semi-rigid solutions and the conventional Usiminas solution, respectively. This figures changed to 53 percent and 15 percent when optimised connections were used in each structural frame. The presented results confirm the advantage of the use of this connections kind in residential buildings in steel of low height.