Estudo do comportamento estrutural de edifícios de concreto armado com assimetrias

Abstract

Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento estrutural de edifícios em concreto armado considerando assimetria nas ações horizontais devidas ao vento, e na geometria dos pórticos. Apresentou-se uma análise comparativa de quatro modelos com algumas variações no sistema estrutural, para um edifício de 20 pavimentos. O primeiro modelo contou com geometria externa regular e pilares simétricos. No segundo e terceiro modelo, a geometria externa foi mantida, porém foram inseridos pilares-paredes, fazendo com que o sistema de contraventamento se tornasse assimétrico. No quarto modelo foram eliminados alguns elementos estruturais, tornando o formato externo de geometria irregular. Para validar os modelos elaborados no Eberick 2021 e SAP2000, desenvolveu-se um estudo com pórticos planos utilizando o software Ftool, onde observou-se coerência entre os resultados obtidos. A ação do vento foi considerada centralizada (atuando de forma uniforme e perpendicular nas fachadas dos edifícios), e também considerando a existência de uma excentricidade nas forças do vento, conforme indicado pela NBR 6123 (ABNT, 1988), gerando assimetria no carregamento horizontal. Foi desenvolvida uma estratégia para inserir a excentricidade das forças do vento que mostrou-se adequada, pois permitiu incorporar a torção ocasionada pelos efeitos de vizinhança de forma prática e conduziu a resultados satisfatórios. Foram avaliados os resultados de deslocamentos laterais no topo dos edifícios, coeficiente ?z, processo P-Delta, esforços internos solicitantes, consumo e custos de materiais (concreto e aço). Também foi avaliada a influência do critério de rigidez à torção nos resultados finais. Observou-se que houve um acréscimo considerável nos deslocamentos horizontais e esforços na estrutura quando considerada a excentricidade da força do vento. Quanto aos parâmetros de estabilidade global, os resultados indicam que há diferença no comportamento da estrutura e na distribuição dos efeitos de segunda ordem nos modelos em que há rotação no pórtico, embora os softwares comerciais geralmente considerem um deslocamento médio no pavimento para a determinação do ?z, reduzindo a expressividade desse efeito. Houve um aumento no consumo de aço para os modelos com torção. No entanto, quando considerada uma redução de rigidez à torção nos pilares, os valores de momento de torção reduziram proporcionalmente, bem como o consumo de materiais. Por fim, constatou-se que o modelo com mais características de assimetrias foi o que mais deformou, aumentou esforços, principalmente de torção, e também foi o que apresentou maior acréscimo no consumo de materiais.

Abstract: This work aims to analyze the structural behavior of concrete buildings considering the asymmetry in the perpendicular actions to the wind, and in the geometry of the frames. A comparative analysis of four models with some variations in the structural system was presented, for a 20-story building. The first model featured regular external geometry and symmetrical pillars. In the second and third models, the external geometry was maintained, but pillars-walls were inserted, causing the bracing system to become asymmetrical. In the fourth model, some structural elements were eliminated, making the external shape of irregular geometry. To validate the models developed in Eberick 2021 and SAP2000, a study was developed with flat frames using the Ftool software, where consistency between the results obtained was observed. The wind action was considered centralized (acting uniformly and perpendicularly on the facades of the buildings), and also considering the existence of an eccentricity in the wind forces, as indicated by NBR 6123 (ABNT, 1988), generating asymmetry in the horizontal loading. A strategy was developed to insert the eccentricity of the wind forces that proved to be adequate, as it allowed to incorporate the torsion caused by the neighborhood effects in a practical way and led to satisfactory results. The results of lateral displacements at the top of the buildings, ?z coefficient, P-Delta process, internal stresses, consumption and costs of materials (concrete and steel) were evaluated. The influence of the torsional stiffness criterion on the final results was also evaluated. It was observed that there was a considerable increase in the horizontal displacements and efforts in the structure when considering the eccentricity of the wind force. As for the global stability parameters, the results indicate that there is a difference in the behavior of the structure and in the distribution of second-order effects in the models in which there is rotation in the frame, although commercial software generally considers an average displacement on the pavement to determine the ?z, reducing the expressiveness of this effect. There was an increase in steel consumption for the torsion models. However, when considering a reduction of torsional stiffness in the columns, the values of torsional moment reduced proportionally, as well as the consumption of materials. Finally, it was found that the model with more characteristics of asymmetries was the one that deformed the most, increased efforts, especially torsion, and was also the one that presented the greatest increase in material consumption.