Sistemas sismo-resistentes segundo ANSI/AISC 341-10
CYPE 3D permite incluir no desenho dos elementos estruturais de aço laminado e composto, as principais especificações e requerimentos vinculados aos três sistemas sismo-resistentes mais utilizados e definidos na norma dos Estados Unidos AISC 341-10 (Seismic Provisions for Structural Steel Buildings):
- Pórticos resistentes ao momento
- Pórticos com contraventamentos concêntricos
- Pórticos com contraventamentos excêntricos
Também se implementa o cálculo, dimensionamento e verificação de Ligações Pré-qualificadas segundo a norma ANSI/AISC 358-10 e ANSI/AISC 341-10. O dimensionamento e verificação de Ligações Pré-qualificadas está exposta no ponto "Ligações pré-qualificadas segundo ANSI/AISC 358-10 e ANSI/AISC 341-10 ". Estas ligações aplicam-se aos sistemas sismo-resistentes formados por "Pórticos resistentes ao momento".
Pórticos resistentes ao momento
Os pórticos não contraventados ou pórticos resistentes a momento são encaixes retilíneos de vigas e pilares conectados entre si mediante soldaduras, cavilhas ou ambos. As barras que fazem parte destes pórticos ficam submetidas principalmente a momentos fletores e esforços transversos.
As especificações AISC 341-10 consideram três tipos de pórticos resistentes ao momento de acordo o grau de comportamento dúctil que se considera no dimensionamento. A diferença fundamental entre eles é que se dimensionam com distintos níveis de capacidade de dissipação de energia:
- Pórticos Ordinários Resistentes ao Momento (OMF - Ordinary Moment Frames) (AISC 341-10, E1)
- Pórticos Intermédios Resistentes ao Momento (IMF - Intermediate Moment Frames) (AISC 341-10, E2)
- Pórticos Especiais Resistentes ao Momento (SMF - Special Moment Frames) (AISC 341-10, E3)
Pórticos com contraventamentos concêntricos
Este tipo de estrutura caracteriza-se porque os eixos centrais dos elementos estruturais componentes se intersectam num ponto, formando assim uma estrutura reticulada. É por isso que as ações laterais induzem, principalmente, esforços axiais nas barras do pórtico contraventado.
As especificações AISC 341-10 consideram duas categorias de pórticos contraventados concentricamente em função do nível de desempenho esperado:
- Pórticos Ordinários com Contraventamentos Concêntricos (OCBF - Ordinary Concentrically Braced Frames) (AISC 341-10, F1)
- Pórticos Especiais com Contraventamentos Concêntricos (SCBF - Special Concentrically Braced Frames) (AISC 341-10, F2)
Pórticos com contraventamentos excêntricos
Nos pórticos com contraventamentos excêntricos, as forças axiais induzidas nos tirantes são transferidas mediante esforços transversos e flexão em segmentos de reduzido comprimento (e), onde se dissipa energia por fluência do aço. As ligações representam "fusíveis estruturais", as quais devem detalhar-se adequadamente para evitar que a encurvadura local e outros fenómenos de instabilidade degradem a resposta.
As especificações AISC 341-10 consideram uma única categoria de pórticos com contraventamentos excêntricos:
- Pórticos Especiais com Contraventamentos excêntricos (EBF) (EBF) (AISC 341-10, F3)
Atribuição de sistemas sismo-resistentes no CYPE 3D
A atribuição do sistema sismo-resistente a uma barra realiza-se através da opção "Sistema sismo-resistente" do menu "Barra". Esta opção só estará disponível se a norma de aço laminado selecionada for a "ANSI/AISC 360-10".
O utilizador atribui livremente e segundo o seu critério os sistemas sismo-resistentes às barras. Logicamente deve ser coerente com a geometria do pórtico.
As barras as quais se atribuem os sistemas sismo-resistentes terão de ser de aço laminado ou composto e estarem definidos como elementos estruturais tipo Genérico, Pilar ou Viga. A sua seleção pode realizar-se de modo individual ou múltipla mediante janelas de captura.
- Elementos estruturais genéricos (contraventamentos)
As barras do tipo "Genérico" são as que se vão utilizar como contraventamentos, pelo que só é possível atribui-lhes sistemas sismo-resistentes dos tipos OCBF, SCBF ou EBF. - Elementos estruturais tipo pilar
As barras do tipo Pilar, é possível atribuir-lhes qualquer dos sistemas sismo-resistentes indicados (OMF, IMF, SMF, OCBF, SCBF ou EBF) na direção dos eixos locais "Y" e "Z". O sistema sismo-resistente pode ser diferente numa e outra direção.
Face à verificação de ligações pré-qualificadas e se o sistema sismo-resistente selecionado é do tipo IMF ou SMF, pode-se indicar se a "Altura da planta superior para a verificação de esforço transverso no painel nodal" a calcula o programa ou a indica o utilizador. Também é possível ativar a opção "Verificar como ligação sem suporte lateral na direção do pórtico sísmico", aplicável a ligações de pórticos do tipo SMF. No subponto "Funcionamento no CYPE 3D " (incluído no ponto "Ligações pré-qualificadas segundo ANSI/AISC 358-10 e ANSI/AISC 341-10 "), dispõe de mais informação sobre estas duas opções. - Elementos estruturais tipo viga
As barras do tipo Viga, é possível atribuir-lhe qualquer dos sistemas sismo-resistentes indicados (OMF, IMF, SMF, OCBF, SCBF ou EBF) se selecionar-se como "Elemento" a opção "Viga". Se selecionar-se como "Elemento" a opção "Ligação" não aparece nenhum tipo de sistema para atribuir, já que as "Ligações" são próprias dos sistemas sismo-resistentes EBF , atribuindo-se automaticamente.
Face à verificação de ligações pré-qualificadas, se selecionar-se como "Elemento" a opção "Viga", pode-se indicar se o "Vão livre da viga entre as faces de pilares" calcula o programa ou a indica o utilizador. No subponto "Funcionamento no CYPE 3D " (incluído no ponto "Ligações pré-qualificadas segundo ANSI/AISC 358-10 e ANSI/AISC 341-10 "), dispõe de mais informação sobre esta opção.
Verificações realizadas
Seguidamente detalham-se as verificações adicionais que CYPE 3D realiza nos pilares, vigas e contraventamentos que o utilizador cataloga como sistemas sismo-resistentes.
Requisito de resistência à tração e à compressão de pilares
Em pilares, para todos os sistemas sismo-resistentes, a resistência à compressão e à tração verifica-se sem considerar os momentos e transversos atuantes e para as combinações sísmicas especiais de carga, ou seja, aquelas nas quais a ação sísmica está amplificada pelo coeficiente de sobre-resistência (Ωo) associado ao sistema.
Verificações em Pórticos resistentes a momentos
- Pórticos Ordinários Resistentes a Momento (OMF - Ordinary Moment Frames) (AISC 341-10, E1)
- Requisitos de análises
Os pilares dimensionam-se segundo o requisito de resistência à tração e compressão, especificado na AISC 341 -10, D1.4a(2).
- Requisitos de análises
- Pórticos Intermédios Resistentes a Momento (IMF - Intermediate Moment Frames) (AISC 341-10, E2)
Verificações realizadas:
- Requisitos de análises
Os pilares dimensionam-se segundo o requisito de resistência à tração e compressão, especificado na AISC 341 -10, D1.4a(2). - Suporte Lateral em Vigas (AISC 341-10, E2.4a)
As vigas devem cumprir com a condição de secções de ductilidade moderada, conforme a secção D1.2a da Norma AISC 341-10. Isto implica o controlo de encurvadura lateral torsional. - Membros. Requerimentos básicos. (AISC 341-10, E2.5a)
As vigas e colunas devem cumprir com a condição de secções de ductilidade moderada, conforme a secção D1.1 da Norma AISC 341-10. Isto implica o controlo de encurvadura local.
- Requisitos de análises
- Pórticos Especiais Resistentes a Momento (SMF - Special Moment Frames) (AISC 341-10, E3)
Verificações realizadas:
- Requisitos de análises
Os pilares dimensionam-se segundo o requisito de resistência à tração e compressão, especificado na AISC 341 -10, D1.4a (2). - Suporte Lateral em Vigas (AISC 341-10, E3.4b)
As vigas devem cumprir com a condição de secções de alta ductilidade, conforme a secção D1.2b da Norma AISC 341-10. Isto implica o controlo de encurvadura lateral torsional. - Membros. Requerimentos básicos. (AISC 341-10, E3.5a)
As vigas e pilares devem cumprir com a condição de secções de alta ductilidade, conforme a secção D1.1 da Norma AISC 341-10. Isto implica o controlo de encurvadura local.
- Requisitos de análises
Verificações em Pórticos com contraventamentos concêntricos
Este tipo de estrutura caracteriza-se pelos eixos centrais dos elementos estruturais componentes se intersectarem num ponto, formando assim uma estrutura reticulada. É por isso que as ações laterais induzem, principalmente, esforços axiais nas barras do pórtico contraventado.
As especificações AISC 341-10 consideram duas categorias de pórticos contraventados concentricamente em função do nível de desempenho esperado. CYPE 3D realiza as seguintes verificações para cada um destes tipos:
- Pórticos Ordinários com Contraventamentos Concêntricos (OCBF - Ordinary Concentrically Braced Frames) (AISC 341-10, F1 (2))
- Requisitos de análises
Os pilares dimensionam-se segundo o requisito de resistência à tração e compressão, especificado na AISC 341 -10, D1.4a. - Esbelteza em contraventamentos (AISC 341-10, F1.5b)
Os contraventamentos atribuídos a sistemas tipo "V" ou "V invertido" devem cumprir com a relação de esbelteza:
- Requisitos de análises
- Pórticos Especiais com Contraventamentos Concêntricos (SCBF - Special Concentrically Braced Frames) (AISC 341-10, F2)
- Requisitos de análises (AISC 341-10, F2.3)
Pilares e vigas dimensionam-se para as combinações sísmicas especiais de carga, ou seja, aquelas nas quais a ação sísmica está amplificada pelo coeficiente de sobre-resistência (Ωo) associado ao sistema. Estas combinações são geradas automaticamente pelo programa. - Suporte Lateral em Vigas (AISC 341-10, F2.4b)
As vigas devem cumprir com a condição de secções de ductilidade moderada, conforme a secção D1.2a da Norma AISC 341-10. Isto implica o controlo de encurvadura lateral torsional. - Membros. Requerimentos básicos. (AISC 341-10, F2.5a)
Os pilares e contraventamentos devem cumprir com a condição de secções de alta ductilidade, conforme a secção D1.1 da Norma AISC 341-10. As vigas devem cumprir com a condição de secções de ductilidade moderada, conforme a secção D1.1 da Norma AISC 341-10. Isto implica o controlo de encurvadura local. - Esbelteza em contraventamentos (AISC 341-10, F1.5b)
Os contraventamentos atribuídos a sistemas tipo "V" ou "V invertido" devem cumprir com a relação de esbelteza:
- Requisitos de análises (AISC 341-10, F2.3)
Verificações em Pórticos com contraventamentos excêntricos
Nos pórticos com contraventamentos excêntricos, as forças axiais induzidas nos travamentos são transferidas mediante esforços transversos e flexão em segmentos de reduzido comprimento (e), chamadas ligações ou links, onde se dissipa energia por fluência do aço. As ligações ou links representam "fusíveis estruturais", as quais devem pormenorizar-se adequadamente para evitar que a encurvadura local e outros fenómenos de instabilidade degradem a resposta.
As especificações AISC 341-10 consideram uma única categoria de pórticos com contraventamentos excêntricos. CYPE 3D realiza as seguintes verificações:
- Pórticos Especiais com Contraventamentos Excêntricos (EBF) (AISC 341-10, F3)
- Requisitos de análises (AISC 341-10, F3.3)
Pilares, contraventamentos e vigas (fora da ligação) dimensionam-se para as combinações sísmicas especiais de carga, ou seja, aquelas nas quais a ação sísmica está amplificada pelo coeficiente de sobre-resistência (Ωo) associado ao sistema. Estas combinações são geradas automaticamente pelo programa. - Membros. Requerimentos básicos. (AISC 341-10, F3.5a)
Os pilares devem cumprir com a condição de secções de alta ductilidade, conforme a secção D1.1 da Norma AISC 341-10. Os contraventamentos e as vigas (fora da ligação) devem cumprir com a condição de secções de ductilidade moderada, conforme a secção D1.1 da Norma AISC 341-10. Isto implica o controlo de encurvadura local. - Membros. Requerimentos básicos. (AISC 341-10, F3.5b)
As ligações (links) devem cumprir com a condição de secções de alta ductilidade, conforme a secção D1.1 da Norma AISC 341-10. Isto implica o controlo de encurvadura local. - Limitações da secção de ligação (link). (AISC 341-10, F3.5b (1))
A secção da ligação (link) deve cumprir com as limitações da secção especificadas em AISC 341-10, F3.5b (1). - Resistência ao corte da ligação (link). (AISC 341-10, F3.5b (2))
A resistência ao transverso na ligação (link) dimensiona-se para cumprir com a mais desfavorável dos seguintes estados limite: capacidade plástica ao transverso na alma e de capacidade plástica à flexão para a secção completa. - Comprimento de ligação (link). (AISC 341-10, F3.5b (3))
O comprimento de ligação deve cumprir com as limitações em AISC 341-10, F3.5b (3).
- Requisitos de análises (AISC 341-10, F3.3)
Ligações pré-qualificadas segundo ANSI/AISC 358-10 e ANSI/AISC 341-10
A partir da versão 2018.a inclui-se no CYPE 3D o cálculo, dimensionamento e verificação de ligações pré-qualificadas segundo a norma ANSI/AISC 358-10 (Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications) e ANSI/AISC 341-10 (Seismic Provisions for Structural Steel Buildings).
As ligações pré-qualificadas aplicam-se a pórticos sismo-resistentes não contraventados resistentes a momentos especiais (SMF) e intermédios (IMF) , segundo indica a norma ANSI/AISC 341-10.
É possível definir ligações pré-qualificadas em projetos que tenham selecionada a norma de aço laminado e composto ANSI/AISC 360-10.
Ligações pré-qualificadas implementadas
Os tipos de ligações pré-qualificadas implementadas são:
- 4E four-bolt unstiffened
- 4ES four-bolt stiffened
- 8ES eight-bolt stiffened
Nós com interação de várias vigas
As ligações pré-qualificadas pilar-viga implementadas podem formar parte de um nó interatuando com ligações de outras vigas que podem ser ligações pré-qualificadas ou não. Por exemplo:
- Ligação pré-qualificada 4E ao banzo do pilar e ligação com encastramento à alma do pilar e chapa frontal ordinária.
- Ligações pré-qualificadas 8ES aos banzos do pilar e ligação articulada através de chapa lateral à alma do pilar.
Verificações e desenhos
Adicionalmente às verificações que devem fazer-se na ligação segundo a norma de aço laminado ANSI/AISC 360-10, serão realizadas também as verificações específicas das normas ANSI/AISC 341-10 e ANSI/AISC 358-10. Na listagem de verificações mostra-se o capítulo da norma que corresponde a cada verificação.
Funcionamento no CYPE 3D
Para que o CYPE 3D realize o cálculo, dimensionamento e verificação de ligações pré-qualificadas de pilares e vigas deve cumprir-se que:
- A norma de aço laminado deve ser a ANSI/AISC 360-10
- As barras que chegam ao nó têm que ser do tipo pilar e viga.
- As barras que chegam ao nó devem ter atribuída a verificação como parte de um sistema sismo-resistente SMF (Pórticos Especiais Resistentes ao Momento) ou IMF (Pórticos Intermédios Resistentes ao Momento).
Quando se atribui o tipo de sistema sismo-resistente a pilares e vigas também se pode:
- Definir a altura da planta superior para a verificação de esforço transverso no painel nodal
Este parâmetro pode ser calculado pelo programa ou estabelecido pelo utilizador. Utiliza-se para calcular o esforço transverso do pilar superior que afetaria a verificação de esforço transverso no painel nodal. - Verificar como ligação sem suporte lateral na direção do pórtico sísmico
O utilizador pode selecionar entre realizar ou não esta verificação, dependendo dos contraventamentos que poderão ter os elementos da ligação. Esta verificação só se realiza para pórticos SMF. - Vão livre da viga entre faces de pilares
Valor necessário para calcular o momento na face do pilar, este valor pode ser calculado pelo programa ou estabelecido pelo utilizador.
