ESTUDO COMPARATIVO ENTRE ESTRUTURAS DE AÇO E ESTRUTURAS .
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁDEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVILCURSO DE ENGENHARIA CIVILLETÍCIA CARDOSO DE OLIVEIRAESTUDO COMPARATIVO ENTRE ESTRUTURAS DE AÇO EESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO APLICADAS AEDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS ANDARESTRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSOCURITIBA2018
LETÍCIA CARDOSO DE OLIVEIRAESTUDO COMPARATIVO ENTRE ESTRUTURAS DE AÇO EESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO APLICADAS AEDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS ANDARESTrabalho de Conclusão de Curso de Graduação,apresentado como requisito parcial à obtenção do títulode Bacharel em Engenharia Civil, do DepartamentoAcadêmico de Construção Civil – DACOC – Orientador: Prof. Dra. Érica Fernanda Aiko KimuraCURITIBA2018
Ministério da EducaçãoUNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCampus Curitiba – Sede EcovilleDepartamento Acadêmico de Construção CivilCurso de Engenharia CivilFOLHA DE APROVAÇÃOESTUDO COMPARATIVO ENTRE ESTRUTURAS DE AÇO EESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO APLICADAS AEDIFÍCIOS DE MÚLTIPLOS ANDARESPorLETÍCIA CARDOSO DE OLIVEIRATrabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil daUniversidade Tecnológica Federal do Paraná, defendido e aprovado no primeirosemestre de 2018, pela seguinte banca de avaliação:Profa. Orientadora – Érica Fernanda Aiko Kimura, Dra.UTFPRProf. Rogério Francisco Kuster Puppi, Dr.UTFPRLaura Cristina Retore, Enga.UTFPRUTFPR - Deputado Heitor de Alencar Furtado, 5000- Curitiba - PR Brasilwww.utfpr.edu.br dacoc-ct@utfpr.edu.br telefone DACOC: (041) 3279-4500OBS.: O documento assinado encontra-se em posse da coordenação do curso.
AGRADECIMENTOSÀ professora Érica, pela orientação e pela influência que exerceu sobre aminha vida acadêmica e profissional. Seu comprometimento em sala de aula, suapaciência no horário de atendimento aos alunos e seu entusiasmo com as “viguinhase trelicinhas” fizeram com que eu persistisse no curso de engenharia civil e que eu meapaixonasse pela área de estruturas.À engenheira Laura e ao professor Puppi, por aceitarem o convite paracompor a banca e pelas importantes contribuições para o desenvolvimento destetrabalho.Aos engenheiros da AS Estruturas, pelo conhecimento compartilhado. Aoengenheiro Vinícius, pela paciência. Ao engenheiro Filipe, pelas discussõesesclarecedoras. Ao engenheiro Mauer, pela disposição em me ajudar e meaconselhar. Ao engenheiro Aurélio, por ser exigente e, assim, estimular o meudesenvolvimento. Ao professor Shido, por compartilhar de forma humilde a sua grandeexperiência.Aos amigos, por tornarem os cinco anos de graduação especiais. À Karen,por literalmente ter tornado a entrega deste trabalho possível. À Maiz, por me apoiare se preocupar mesmo estando longe. Ao Augusto e ao Niklas, por serem a minhafamília em Curitiba.À Marcela, por ser irmã e amiga, por estar disponível sempre que eu preciso.Aos meus pais, Rui e Cássia, que sempre garantiram que eu tivesse onecessário para “virar gente grande” e que sempre estiveram ao meu lado quando eume senti pequena.
RESUMOOLIVEIRA, Letícia C. Estudo Comparativo entre Estruturas de Aço e Estruturas Mistasde Aço e Concreto Aplicadas a Edifícios de Múltiplos Andares. 2018. 155f. Trabalhode Conclusão de Curso. (Bacharelado em Engenharia Civil), UniversidadeTecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2018.Este trabalho aborda o dimensionamento de estruturas de aço e estruturas mistas deaço e concreto para um edifício garagem e compara os resultados obtidos,identificando vantagens e desvantagens dos sistemas estruturais abordados. Ajustificativa deste estudo é a demanda por materiais que auxiliem na escolha dosistema estrutural mais econômico para uma edificação. Foram concebidas trêsestruturas: a primeira é composta por pilares metálicos, vigas metálicas e lajes comSteel Deck, enquanto a segunda e a terceira são compostas por pilares mistos(revestidos na segunda e preenchidos na terceira), vigas mistas e lajes com SteelDeck. O modelo numérico das estruturas foi lançado no programa computacionalSAP2000, e o dimensionamento dos elementos foi feito de acordo com a ABNT NBR8800:2008. Foram avaliados a esbeltez, o consumo de aço e o peso dos elementosdimensionados. Para o sistema estrutura adotado, os resultados obtidos apontam omelhor desempenho dos pilares mistos preenchidos quando comparados aos pilaresmistos revestidos. Os resultados também apontam a redução do consumo de aço,mas não a redução do peso total da estrutura, para as estruturas mistas de aço econcreto quando comparadas com a estrutura de aço. É pertinente a utilização deoutros sistemas estruturais em estudos futuros.Palavras-chave: Estrutura de aço. Estrutura mista de aço e concreto. Edifíciogaragem. Esbeltez. Consumo de aço.
ABSTRACTOLIVEIRA, Letícia C. Comparative study of steel structures and steel and concretecomposite structures for multiple storey buildings. 2018. 155pgs. Term paper.(Bachelor Degree of Civil Engineering), Universidade Tecnológica Federal do Paraná.Curitiba, 2018.This paper presents the design of steel structures and steel and concrete compositestructures for a car park building and compares the obtained results, identifyingadvantages and disadvantages of the studied structural systems. The justification forthis study is the demand for materials that help to chose a low cost structural systemfor a building. Three structures were designed: the first one is composed of steelcolumns, steel beams and composite slabs, while the second and third are composedof composite columns (concrete encased composite columns on the second andconcret filled composite columns on the third) composite beams and composite slabs.The numerical model of the structure was carried out using the computer programSAP2000 and the design was made acordding to the Brazilian Standard ABNT NBR8800:2008. Slenderness, steel consumption and the weight of the designed elementswere evaluated. The results obtained for adopted structural systems show the bestperformance of the filled composite columns when compared to the encasedcomposite columns and a reduction in steel consumption, but no reduction of the totalweight of the structure, for the composite structures when compared to the steelstructures. It is pertinent to use other structural systems in future studies.Key-words: Steel structures. Steel and concrete composite structures. Car parkbuilding. Slenderness. Steel consumption.
LISTA DE FIGURAFigura 1 – Diagrama tensão vs. deformação: (a) com patamar definido; (b) sempatamar definido. 20Figura 2– Representação do módulo de deformação: (a) módulo de deformaçãosecante (Ecs); (b) módulo de elasticidade ou módulo de deformação tangente inicial(Eci) . 20Figura 3– Diagrama tensão vs. deformação idealizado . 21Figura 4 – Forças na interface entre aço e concreto: (a) sem ocorrência docomportamento misto; (b) com ocorrência do comportamento misto . 22Figura 5 – Salvador Shopping, Salvador – BA . 22Figura 6 – Estrutura mista pertencente ao Salvador Shopping . 23Figura 7 – Hotel Ibis Canoas, Canoas – RS . 23Figura 8 – Edifícios garagem: (a) Essex, Reino Unido; (b) Haywards Heath, ReinoUnido . 24Figura 9 – Tipos usuais de conectores de cisalhamento . 25Figura 10 – Deformação de um conector e efeitos no concreto . 26Figura 11 – Diagrama força vs. deslocamento relativo para conectores decisalhamento . 26Figura 12 – Lajes mistas de aço e concreto: (a) fôrmas trapezoidais; (b) fôrmasreentrantes; (c) conectores tipo “stud”; (d) deformação das nervuras . 28Figura 13 – Modos de ruptura da laje mista . 28Figura 14 – Ruptura por cisalhamento horizontal . 29Figura 15 – Vigas mistas de aço e concreto: (a) laje com face inferior plana; (b) lajecom fôrma de aço incorporada; (c) perfil I com mesas diferentes; (d) viga de açototalmente embutida no concreto; (e) viga de aço parcialmente embutida no concreto. 31Figura 16 – Interação entre aço e concreto no comportamento de vigas mistas . 32Figura 17 – Largura efetiva da laje . 33Figura 18 – Determinação da largura efetiva da laje . 33Figura 19 – Pilares mistos de aço e concreto: (a) pilar revestido; (b) pilar parcialmenterevestido; (c) pilar de seção circular preenchido; (d) pilar de seção retangularpreenchido. 34Figura 20 – Regiões de confinamento em pilares mistos revestidos: (a) com perfil H;(b) com perfil I . 36
Figura 21 – Sistemas verticais (a) contraventado; (b) com pórticos rígidos; (c) comnúcleo ou com parede de cisalhamento . 38Figura 22 – Efeitos de segunda ordem (a) P-Δ; (b) P-δ . 46Figura 23 – Edifício garagem pertencente ao Aeroporto Internacional de Viracopos emCampinas (SP) . 48Figura 24 – Plano das bases da edificação, em centímetros . 50Figura 25 – Plano das vigas do nível 3,325 m, em centímetros . 51Figura 26 – Plano das vigas do nível 6,650 m, em centímetros . 52Figura 27 – Plano das vigas do nível 9,975 m, em centímetros . 53Figura 28 – Plano das vigas do nível 13,300 m, em centímetros . 54Figura 29 – Contraventamentos de piso, em centímetros . 55Figura 30 – Subdivisão dos vãos e direção principal das lajes com Steel Deck, emcentímetros. 56Figura 31 – Elevações dos eixos da edificação, em centímetros . 57Figura 32 – Coeficientes de forma interno . 62Figura 33 – Coeficientes de forma externos: (a) vento 0º; (b) vento: 90º . 62Figura 34 – Soma vetorial dos coeficientes de forma internos e externos . 63Figura 35 – Carregamentos devidos ao vento, em kN/m . 64Figura 36 – Modelo numérico bidimensional: (a) eixo 17; (b) eixo F . 67Figura 37 – Modelo numérico tridimensional . 68Figura 38 – Força axial: COMB3, elemento 5 . 69Figura 39 – Força cortante e momento fletor: COMB3, elemento 5 . 70Figura 40 – Força axial: COMB2 FHE, elemento 1 . 70Figura 41 – Força cortante e momento fletor: COMB2 FHE, elemento 1 . 71Figura 42 – Força cortante e momento fletor: COMB3, elemento 31 . 73Figura 43 – Força axial: COMB3, elemento 31 . 73Figura 44 – Força cortante e momento fletor: COMB0, elemento 104 . 74Figura 45 – Força axial: COMB0, elemento 104 . 74Figura 46 – Força cortante e momento fletor: COMB2 FHE, elemento 24 . 75Figura 47 – Força axial: COMB2 FHE, elemento 24 . 75Figura 48 – Força cortante e momento fletor: COMB6, elemento 31 . 76Figura 49 – Força axial: COMB6, elemento 31 . 76
Figura 50 – Força cortante e momento fletor: COMB6, elemento 31 . 77Figura 51 – Força axial: COMB6, elemento 31 . 77Figura 52 – Força cortante e momento fletor: COMB11, elemento 31 . 78Figura 53 – Força axial: COMB11, elemento 31 . 78Figura 54 – Força cortante e momento fletor: COMB11, elemento 31 . 79Figura 55 – Força axial: COMB11, elemento 31 . 79Figura 56 – Força cortante e momento fletor: COMB12, elemento 31 . 80Figura 57 – Força axial: COMB12, elemento 31 . 80Figura 58 – Força cortante e momento fletor: COMB12, elemento 31 . 81Figura 59 – Força axial: COMB12, elemento 31 . 81Figura 60 – Força cortante e momento fletor: COMB0, elemento 1 . 83Figura 61 – Força axial: COMB0, elemento 1 . 83Figura 62 – Força cortante e momento fletor: COMB6, elemento 1 . 84Figura 63 – Força axial: COMB6, elemento 1 . 84Figura 64 – Força cortante e momento fletor: COMB11, elemento 1 . 85Figura 65 – Força axial: COMB11, elemento 1 . 85Figura 66 – Força cortante e momento fletor: COMB12, elemento 1 . 86Figura 67 – Força axial: COMB12, elemento 1 . 86Figura 68 – Identificação dos nós dos modelos numéricos . 88
LISTA DE TABELASTabela 1 – Ações permanentes. 60Tabela 2 – Pressões dinâmicas . 61Tabela 3 – Constantes elásticas 𝑘 . 68Tabela 4– Esforços solicitantes dos pilares. 69Tabela 5 – Esforços solicitantes das vigas principais: ELU . 72Tabela 6 – Esforços solicitantes das vigas principais: ELU – Construção . 72Tabela 7 – Esforços solicitantes das vigas principais: ELS . 72Tabela 8 – Esforços solicitantes das vigas intermediárias: ELU . 82Tabela 9 – Esforços solicitantes das vigas intermediárias: ELU – Construção . 82Tabela 10 – Esforços solicitantes das vigas intermediárias: ELS. 82Tabela 11 – Deslocamentos da estrutura de aço . 87Tabela 12 – Deslocamentos da estrutura mista de aço e concreto . 88Tabela 13 – Perfis de aço da estrutura de aço . 90Tabela 14 – Esbeltez dos elementos de aço . 90Tabela 15 – Consumo de aço da estrutura de aço. 90Tabela 16 – Peso da estrutura de aço . 91Tabela 17 – Seção do pilar misto revestido. 91Tabela 18 – Perfis de aço da estrutura mista de aço e concreto. 91Tabela 19 – Esbeltez dos elementos mistos de aço e concreto . 92Tabela 20 – Consumo de aço da estrutura mista de aço e concreto . 92Tabela 21 – Peso da estrutura mista de aço e concreto . 92Tabela 22 – Seção do pilar misto preenchido . 93Tabela 23 – Índice de esbeltez do pilar misto preenchido . 93Tabela 24 – Consumo de aço da estrutura mista de aço e concreto . 93Tabela 25 – Peso da estrutura mista de aço e concreto . 94Tabela 26 – Comparativo entre a esbeltez dos elementos . 94Tabela 27 – Comparativo entre o consumo de aço dos elementos . 95Tabela 28 – Comparativo entre o peso final dos elementos . 96
LISTA DE QUADROSQuadro 1– Limites de deslocabilidade . 47Quadro 2 – Perfis de aço adotados a partir do pré-dimensionamento . 59
SUMÁRIO1INTRODUÇÃO. 151.1 OBJETIVO GERAL . 161.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS . 161.3 JUSTIFICATIVA . 172REVISÃO BIBLIOGRÁFICA . 192.1 ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO . 192.2 ELEMENTOS ESTRUTURAIS MISTOS . 242.2.1Conectores de Cisalhamento . 242.2.2Lajes Mistas . 272.2.3Vigas Mistas . 302.2.4Pilares Mistos . 342.3 SISTEMAS ESTRUTURAIS. 372.3.1Sistema com Pórticos Rígidos . 382.3.2Sistema Contraventado . 392.3.3Sistema com Parede de Cisalhamento. 392.3.4Sistema com Núcleo Rígido . 402.4 AÇÕES . 402.4.1Cargas Devido ao Uso da Edificação . 402.4.2Sobrecarga de Construção . 412.4.3Cargas de Vento . 412.4.4Força Horizontal Equivalente .
Steel Deck, enquanto a segunda e a terceira são compostas por pilares mistos (revestidos na segunda e preenchidos na terceira), vigas mistas e lajes com Steel Deck. O modelo numérico das estruturas foi lançado no programa computacional SAP2000, e o dimensionamento dos elementos foi feito de acordo com a ABNT NBR 8800:2008.
robustez entre diferentes osciladores. Propomos entao um estudo comparativo entre redes de re-gula c ao g enica que possuem diferentes estruturas biologicas para implementar as duas caracter sti-cas citadas acima, analisando seu potencial para atuar como relogios circadianos e tamb em sua ro-bustez em manter oscila c oes (circadianas ou nao).
UM ESTUDO COMPARATIVO ENTRE AS VANTAGENS CONSTRUTIVAS DAS PAREDES DE CONCRETO E ALVENARIA CONVENCIONAL MACEIÓ-ALAGOAS 2017/02. . execução de uma residência popular. O estudo provou então, que há vantagens e desvantagens em ambos os modelos construtivos, provando que ainda há espaço .
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