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1Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Projeto e Dimensionamento de Estruturas metálicas e mistas de aço e concreto
Projeto e Dimensionamento de Estruturas metálicas e mistas de aço e concreto
MÓDULO 1
Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas em perfis
soldados e laminados
Ações e segurançaAções e segurança
3Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
SEGURANÇA ESTRUTURALSEGURANÇA ESTRUTURAL
Requisitos básicos de segurança
1 - A estrutura deve permanecer adequada ao uso
considerando o custo e a vida útil esperada
2 - Deve resistir a todas a ações atuantes durante a
construção e utilização com custos de manutenção
compatível
Fatores intervenientes na segurança estrutural
� Tipo de estrutura
� Utilização da edificação
� Importância
� Fator de ocupação
� Incertezas inerentes ao projeto
4Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
SEGURANÇA ESTRUTURALSEGURANÇA ESTRUTURAL
INTRODUINTRODUÇÇÃO DA SEGURANÃO DA SEGURANÇÇA:A:
MMÉÉTODO DOS ESTADOS LIMITESTODO DOS ESTADOS LIMITES
-- Estados limites Estados limites úúltimos (seguranltimos (segurançça)a)
-- Estados limites de Estados limites de SeviSeviççoo (desempenho)(desempenho)
Base Base -- NBR 8681(2003)NBR 8681(2003)““AAçções e seguranões e segurançça nas estruturasa nas estruturas””
5Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
SEGURANÇA ESTRUTURALSEGURANÇA ESTRUTURAL
MMÉÉTODO DOS ESTADOS LIMITESTODO DOS ESTADOS LIMITES
--Estados limites Estados limites úúltimos (seguranltimos (segurançça)a)
Estados que por sua simples ocorrência determinam a paralisaEstados que por sua simples ocorrência determinam a paralisaçção, ão, no todo ou em parte, do uso da construno todo ou em parte, do uso da construçção:ão:
�� perda de equilperda de equilííbrio, global ou parcial, admitida a brio, global ou parcial, admitida a
estrutura como corpo restrutura como corpo ríígido;gido;
�� ruptura ou deformaruptura ou deformaçção plão pláástica excessiva dos materiais;stica excessiva dos materiais;
�� transformatransformaçção da estrutura, no todo ou em parte, em ão da estrutura, no todo ou em parte, em
sistema hipostsistema hipostáático;tico;
�� instabilidade por deformainstabilidade por deformaçção ou instabilidade dinâmica ão ou instabilidade dinâmica
(ressonância).(ressonância).
6Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
SEGURANÇA ESTRUTURALSEGURANÇA ESTRUTURAL
MMÉÉTODO DOS ESTADOS LIMITESTODO DOS ESTADOS LIMITES
Estados limites de serviEstados limites de serviçço (desempenho)o (desempenho)Estados que por sua ocorrência, repetiEstados que por sua ocorrência, repetiçção ou duraão ou duraçção causam efeitos ão causam efeitos estruturais que não respeitam as condiestruturais que não respeitam as condiçções especificadas para o uso ões especificadas para o uso normal da construnormal da construçção:ão:
��deformadeformaçções excessivas, que afetem a utilizaões excessivas, que afetem a utilizaçção normal da ão normal da
construconstruçção, comprometam seu aspeto estão, comprometam seu aspeto estéético, prejudiquem o tico, prejudiquem o
funcionamento de equipamentos ou instalafuncionamento de equipamentos ou instalaçções ou causem danos ões ou causem danos
aos materiais de acabamento ou aos materiais de acabamento ou ààs partes não estruturais da s partes não estruturais da
construconstruçção;ão;
��vibravibraçções de amplitude excessiva que causem desconforto aos ões de amplitude excessiva que causem desconforto aos
usuusuáários ou causem danos rios ou causem danos àà construconstruçção ou ao seu conteão ou ao seu conteúúdo.do.
7Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
SEGURANÇA ESTRUTURALSEGURANÇA ESTRUTURAL
dd RS ≤
INTRODUINTRODUÇÇÃO DA SEGURANÃO DA SEGURANÇÇA:A:
MMÉÉTODO DOS ESTADOS LIMITESTODO DOS ESTADOS LIMITES
fkd SS γ=
1f >γ
m
kd
RR
γ=
1m >γ
Solicitações de cálculo Resistência de cálculo
Buscam se as combinações de ações que produzam solicitações críticas
8Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
– Ações: são as causas que provocam esforços e
deformações nas estruturas;
– Solicitações: são os esforços atuantes na estrutura,
decorrentes da atuação das ações;
– Deslocamentos: variação da posição dos diversos
pontos da estrutura.
Ações nas EstruturasAções nas Estruturas
9Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Classificação das ações – NBR 8681
Ações permanentes
Diretas: peso próprio da estrutura e pelos pesos dos elementos construtivos fixos e das instalações
permanentes (NBR 6120)
Indiretas: deformações impostas por retração e fluência do concreto, deslocamentos de apoio e
imperfeições geométricas.
Ações variáveis
Ações Excepcionais
Valores constantes durante a vida útil da estrutura
apresentam variações significativas durante a vida útil da construção.
Ações decorrentes de sobrecargas em pisos e coberturas, de
equipamentos, de divisórias móveis, etc (cargas
acidentais).Ação do vento e variação da temperatura da
estrutura.
duração extremamente curta e probabilidade muito baixa de
ocorrência
explosões, choques de veículos, incêndios,
enchentes e sismos excepcionais.
Ações nas EstruturasAções nas Estruturas
10Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Valores das ações
Valor Característico (Fk):
Valor representativo
Valor de cálculo
Ações permanentes Valores médios das distribuições de probabilidades de ocorrência.
Ações variáveis: consensual. Probabilidade de 25 a 30% de serem ultrapassada com período de retorno
de 50 anos
Valores característicos
Valores arbitrados para ações excepcionais
Valores reduzidos em função da combinaçãoValores representativos multiplicados por
coeficientes de ponderação adequados
Ações nas EstruturasAções nas Estruturas
11Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
3f2f1ff γγγγ⋅⋅⋅⋅γγγγ⋅⋅⋅⋅γγγγ====γγγγ
açõescombinações
esforços
Ações permanentes favoráveis
Ações nas EstruturasAções nas Estruturas
Ações de cálculo e Coeficientes de ponderação
12Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Ações permanentes favoráveis
Nq
Nq
P.P.P.P.
Ações variáveis e excepcionais favoráveis não entram nas combinações
Ações nas EstruturasAções nas Estruturas
Ações de cálculo e Coeficientes de ponderação
13Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
3f1fq γ⋅γ=γ
Ações nas EstruturasAções nas Estruturas
Ações de cálculo e Coeficientes de ponderação
14Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Ações de cálculo e Coeficientes de ponderação
Ações nas EstruturasAções nas Estruturas
15Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Ações de cálculo e Coeficientes de ponderação
Para estados limites de Serviço
2ff γ=γ
1f =γ
1f ψ=γ
2f ψ=γ
Combinações raras
Combinações freqüentes
Combinações quase permanentes
Ações nas EstruturasAções nas Estruturas
16Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Coeficientes de ponderação para as resistências
m
kd
RR
γ=
1m >γ
3m2m1mm γ⋅γ⋅γ=γ
Variabilidade nas
propriedades do
material
Diferenças de resistência na
estrutura e no corpo-de-prova
Desvios construtivos e
aproximações
Resistência de cálculoResistência de cálculo
17Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Coeficientes de ponderação para as resistências
3m2m1mm γ⋅γ⋅γ=γ
Para estado limite de serviço 1m =γ
Resistência de cálculoResistência de cálculo
18Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕES COMBINAÇÕES DE AÇÕES
A combinação das ações deve ser feita de forma que possam ser determinados os efeitos mais desfavoráveis para a estrutura; a verificação dos estados limites últimos e dos estados limites de serviço deve ser realizada em função de combinações últimas e combinações de serviço, respectivamente.
19Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕES COMBINAÇÕES DE AÇÕES
• Para estados limites últimos (segurança)
Devem ser consideradas tantas combinações de ações quantas sejam
necessárias para verificação das condições de segurança em relação
a todos os estados limites últimos aplicáveis. Em cada combinação
devem estar incluídas as ações permanentes e a ação variável
principal, com seus valores característicos e as demais ações
variáveis, consideradas como secundárias, com seus valores
reduzidos de combinação.
20Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕES COMBINAÇÕES DE AÇÕES
• Para estados limites últimos (segurança)
– Combinação última normal
)F(F)F( k,Qjj0
n
2jqjk,1Q1q
m
1ik,iGgi ψγ+γ+γ ∑∑
==
FG,k valor característico da ações permanente;FQ1,k valor característico da variável considerada como principal FQj,k valor característico das demais ações variáveis;γg é o coeficiente de ponderação das ações permanentes γq é o coeficiente de ponderação das ações variáveis ψo é o fator de combinação
21Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕES COMBINAÇÕES DE AÇÕES
• Para estados limites últimos (segurança)
– Combinação especial ou construtiva
)F(F)F( k,Qjef,j0
n
2jqjk,1Q1q
m
1ik,Gigi ψγ+γ+γ ∑∑
==
22Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕES COMBINAÇÕES DE AÇÕES
• Para estados limites últimos (segurança)
– Combinação excepcional
)F(F)F( k,Qjef,j0
n
1jqjexc,Q
m
1ik,Gigi ψγ++γ ∑∑
==
23Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
• Para estados limites de utilização
– Quase permanentes
)F(F k,Qjj2
n
1j
m
1ik,Gi ψ+∑∑
==
Efeitos de longa duração ou que comprometam a aparência da estrutura
Todas as ações variáveis com seu
valores quase permanentes
24Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
• Para estados limites de utilização
• Freqüentes
)F(FF k,Qjj2
n
2jk,1Q1
m
1ik,Gi ψ+ψ+ ∑∑
==
utilizadas para os estados limites reversíveis (que não causam danos
permanentes à estrutura ou a outros componentes da construção).
Relacionadas ao conforto dos usuários.
ações variável principal com seu
valor freqüente
Demais ações variáveis com seus
valores quase permanentes
25Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
• Para estados limites de utilização
– Raras
)F(FF k,Qjj1
n
2jk,1Q
m
1ik,Gi ψ++ ∑∑
==
Utilizadas para os estados limites irreversíveis, isto é, que causam
danos permanentes à estrutura ou a outros componentes da
construção.
ação variável principal com seu
valor nominal
Demais ações variáveis com seus
valores freqüentes
26Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
Envoltória de esforços para a barra 1
Ações:
CP: 30kg/m2
SC: 25kg/m2
Monovia: 15kN
Vento sucção: 0,70kN/m2
Vento pressão: 0,50kN/m2
Aplicação 1
27Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
Envoltória de esforços para a barra 1
Carregamentos básicos para o pórtico central
Carga permanente - CP
2
pG2
pGGp Gp Gp
Sobrecarga - SC
2
pQ2
pQQp Qp Qp
kN6,3263,0PG =××=kN32625,0PQ =××=
kN8,17N G1 = kN8,14N Q1 =
carga
Dist. entre
pórticos
Dist. entre
terças
Aplicação 1
28Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
Envoltória de esforços para a barra 1
Carregamentos básicos para o pórtico central
Monovia (M)
MP
Vento sucção - VI
2
pVI2
pVIVIp VIp VIp
kN75,181525,1PM =×= kN4,8267,0PVI =××=
kN5,26N M1 = kN6,41N Q1 −=
Aplicação 1
29Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
Envoltória de esforços para a barra 1
Carregamentos básicos para o pórtico central
Vento sobrepressão - VII
2
pVII2
pVIIVIIp VIIp VIIp
kN6265,0PVI =××=
kN7,29N Q1 =
Aplicação 1
30Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
Envoltória de esforços para a barra 1
Combinação com os esforços Positivos:
Combinação com os esforços negativos
)F(F)F( Qjj0
n
2jqj1Q1q
m
1iiGgi ψγ+γ+γ ∑∑
==
VII6,04,1)MSC(5.1CP25,1 ×+++
KN1,1097,296,04,1)5,2685,14(5.18,1725,1N 1comb =××+++×=
)F(F)F( Qjj0
n
2jqj1Q1q
m
1iiGgi ψγ+γ+γ ∑∑
==
VI4,1CP0,1 ×+
( ) kN4,406,414,18,170,1N 2comb −=−×+×=
Envoltória de esforços barra 1:kN4,40N −=
kN1,109N=
(compressão)
(tração)
Aplicação 1
31Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
Envoltória de esforços para a barra 1
Combinação com as ações - Positiva:
)F(F)F( Qjj0
n
2jqj1Q1q
m
1iiGgi ψγ+γ+γ ∑∑
==
VII6,04,1)MSC(5.1CP25,1 ×+++
66,04,1)75,183(5.16,325,1comb1 ××+++×=
Não pode ser feita a soma direta.
Monovia com ponto de aplicação
diferente.
7kN 14kN 14kN 14kN 7kN
28,1kN
Aplicação 1
32Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
Envoltória de esforços para a barra 1
Combinação com as ações - Negativa
( ) 2,84,84,16,30,1comb2 −=−×+×=
4,1kN 8,2kN 8,2kN 8,2kN 4,1kN
)F(F)F( Qjj0
n
2jqj1Q1q
m
1iiGgi ψγ+γ+γ ∑∑
==
VI4,1CP0,1 ×+
Aplicação 1
33Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕES
Combinação para ELS
)F(F Qjj2
n
1j
m
1i
Gi ψ+∑∑==
Quase permanente:
Quase freqüente
)F(FF Qjj2
n
2j
1Q1
m
1i
Gi ψ+ψ+ ∑∑==
Raras
)F(FF Qjj1
n
2j
1Q
m
1i
Gi ψ++ ∑∑==
Aplicação 1
34Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza
Combinação para ELS
Combinação quase permanente )F(F Qjj2
n
1j
m
1i
Gi ψ+∑∑==
)F(F Qjj2
n
1j
m
1i
Gi ψ+∑∑==
Quase permanente:
VII0M5,0SC4,0CP +++
Quase freqüente
)F(FF Qjj2
n
2j
1Q1
m
1i
Gi ψ+ψ+ ∑∑==
VII0M5,0SC6,0CP +++
VII0SC4,0M8,0CP +++
Raras
)F(FF Qjj1
n
2j
1Q
m
1i
Gi ψ++ ∑∑==
VIIMSCCP 3.08,0 +++VIISCMCP 3.06,0 +++
COMBINAÇÕES DE AÇÕESCOMBINAÇÕES DE AÇÕESAplicação 1