41
Avaliação estrutural de painéis de fachada leve para edifícios de múltiplos pavimentos com modelagem numérica Thiago Salaberga Barreiros Alex Sander Clemente de Souza

Avaliação estrutural de painéis de fachada leve para ... · H/175 = 1,65cm (ABNT NBR 10821:2011) Variáveis . Metodologia Variáveis dos painéis – inclusão de uma linha de

Embed Size (px)

Citation preview

Avaliação estrutural de painéis de fachada leve para edifícios de múltiplos

pavimentos com modelagem numérica

Thiago Salaberga Barreiros Alex Sander Clemente de Souza

Contexto

• Períodos curtos de entrega da obra

• Industrialização do processo de construção

Contexto

• Períodos curtos de entrega da obra

• Industrialização do processo de construção

Contexto

• A fachada industrializada diminui o tempo de execução

• Retrofit de fachadas – Falta de espaço e tempo

RB115 - RJ

Contexto

• A fachada industrializada diminui o tempo de execução

• Retrofit de fachadas – Falta de espaço e tempo

Realeza - RS

Objetivos

Analisar o desempenho estrutural global de fachadas leves submetidas à ação do vento,

assim como os efeitos localizados e os modos de falha dos perfis leves de aço dobrados a

frio por meio de modelagem numérica.

Justificativas

• Possibilidade de analisar diferentes opções do sistema de fachada de forma rápida e mais barata do que fazer ensaios, além de poder identificar quais são os pontos que necessitam de reforços

• Desempenho estrutural adequado sem superdimensionamento

Painel

• Steel Frame

• Steel Frame

Painel

Pré-dimensionamento • Definição do espaçamento entre montantes: 60cm (10

ancoragens), 40cm (14 ancoragens), ou 30cm (14 ancoragens)

• Dimensões dos montantes (flexão composta - N e My) e guias (flexão composta - Mx e My)

• Quantidade e tipo de chumbadores (força de sucção do vento x resistência de arrancamento)

• Categoria da placa cimentícia (resistência à tração na flexão em 2 apoios)

• Quantidade de parafusos na fixação da placa cimentícia

Painel

Espaçamento entre montantes

(cm)

Massa da estrutura (kg)

Massa do painel (kg)*

Densidade superficial do painel

(kg/m²)

60 228,4 619,3 51,0

40 295,0 682,3 56,2

30 309,5 696,8 57,4

Tabela 1 – Características dos painéis * Considerando: Placa cimentícia - 20,4 kg/m²; Chapa de gesso - 10,0 kg/m²; Lã de vidro com 12kg/m³ e preenchimento completo da largura do perfil

(12,5cm e 15cm) Fonte: Metalica, Knauf e Eterplac

Painel

Pré-dimensionamento – painel definido

Painel

Força do vento

• Força atuante do vento no painel = Coeficiente aerodinâmico . Pressão dinâmica

• Pressão dinâmica de acordo com a NBR 6123

• Coeficiente aerodinâmico – estabelecido em túnel de vento

Força do vento

• Edifício de 35 pavimentos (126m) em SP

15m x 45m

14m x 14m

Força do vento

Força do vento

Sobrepressão (1,6)

Sucção (-3,8)

Força do vento

• Carregamento de serviço

Critério de deslocamento limite de serviço

H/175 = 1,65cm (ABNT NBR 10821:2011)

Variáveis

Metodologia

Variáveis dos painéis – inclusão de uma linha de bloqueadores

Metodologia

Variáveis dos paineís – inclusão de duas linhas de bloqueadores

Metodologia

• Método de Elementos Finitos

• Elemento – SHELL 181

• 4 nós

• 6 graus de liberdade

• Não-linearidade física

• Não linearidade geométrica

Metodologia

Aço ASTM A36 Placa cimentícia

Materiais

Metodologia

Ligação entre montante

e guia

Montante

Placa

cimentícia

Guia

Perfil de

ancoragem

Ligação entre

montante e

ancoragem

Ligação entre montante

e placa cimentícia

X

Y

Z

Condições de contorno

Metodologia

Peça de ancoragem

Metodologia

Guia

Metodologia

Placa cimentícia

Metodologia

Grau de liberdade sem restrição Uz e ROTy

X Y

Z

Bloqueadores

Metodologia

Carregamento

Resultados

-400

-350

-300

-250

-200

-150

7 12 17 22 27 32 37

ten

são

(M

Pa)

pressão (kPa)

ancorados livres

Painel 02

Painel 03

Resultados

Painel 22

-420

-370

-320

-270

-220

-170

10 20 30 40 50 60 70te

nsã

o (

MP

a)

pressão (kPa)

ancorado livre

Painel 13

Resultados

Painel 12 Instabilidades sofridas: - Flambagem lateral com torção (18kPa) - Flambagem distorcional (3kPa) - Flambagem local (27kPa)

Resultados

Deslocamentos fora da escala real

Resultados

Deslocamentos fora do plano do painel

Resultados

Deslocamentos horizontal no plano do painel

Resultados

Tensão dos montantes

Resultados

Tensão das guias

Resultados

Tensão das ancoragens

Resultados

Conclusões

• Montantes ancorados são mais solicitados • Com a utilização de bloqueadores há melhor distribuição das solicitações nos

montantes • O deslocamento fora do plano do painel foi maior no perfil com menor

espessura e sem bloqueadores, diminuindo com maior espessura e a utilização de bloqueadores. Com 1 linha de bloqueador o deslocamento foi menor que com duas linhas de bloqueadores. Ordem: 02, 22, 03, 12, 23 e 13.

• O deslocamento horizontal dos montantes no plano do painel foi maior quando sem a utilização de bloqueadores e menor a espessura. Quando há o uso de bloqueadores, os montantes das extremidades são mais suscetíveis, pois não apresentam estabilidade lateral dos dois lados.

Conclusões

• A placa cimentícia influenciou no comportamento dos montantes e, consequentemente, do painel, principalmente na região tracionado do perfil

• Os perfis de ancoragem atenderam ao carregamento de serviço, porém caso fossem aproveitar ao máximo o potencial dos painéis 13 e 23, seria necessário repensá-lo.

• O comportamento da guia de 2,0mm foi parecido com o da guia de 3,0mm, mas com diferença de 7kPa.

• Com relação à análise estrutural global dos painéis, os painéis 12 e 22 têm potencial para atender ao carregamento de serviço, mas os painéis 03, 13 e 23 apresentam melhores condições, principalmente pelo desempenho das guias.

• O deslocamento fora do plano do painel do painel 02 de 1,65cm ocorreu com carregamento de 6,5kPa, abaixo do carregamento de serviço de 6,6kPa.

Obrigado!