Armadura do pilar existente no RFEM segundo o AISC Design Guide 15

Este artigo demonstra a utilização da secção "Paramétrica de parede fina" disponível no RFEM, com base no exemplo de LRFD apresentado no Guia de dimensionamento AISC 15: Reabilitação e modificação [2]. O módulo adicional RF-STEEL AISC é utilizado para realizar a verificação do dimensionamento para os pilares com e sem reforço de acordo com o AISC Capítulo E.

É apresentado abaixo o exemplo 6.2 do Guia de dimensionamento AISC 15 [2], onde a forma histórica W10X66 (F_y = 33 ksi) é utilizada para o pilar de 5 m.

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Coluna W10X66 definida pelo utilizador

Os passos seguintes descrevem o procedimento para criar uma secção e um material definidos pelo utilizador.

Criar a secção W10X66 definida pelo utilizador

1. Selecione a "Secção em I simétrica" na biblioteca de secções. Em seguida, insira as propriedades geométricas da Tabela 5-2.1 (página 50 do Guia de dimensionamento 15 [2] ). No passo seguinte, é criado um novo material definido pelo utilizador para o aço F_y = 33 ksi clicando no botão [Importar material da biblioteca de materiais].
   
   
   

   Secção transversal definida pelo utilizador W10X66
2. Preencha o filtro na biblioteca de materiais e, em seguida, "Criar novo material" com base no "Aço A36". Na janela seguinte, insira a "Descrição do material" e altere F_y para 33 ksi.
   
   
   

   Criar novo material com base no aço A36
3. Desenhe a barra de 5 m. Proporcionar um apoio articulado (rotação em Z fixa) na parte inferior do pilar. Para o apoio no topo do pilar, apenas é registado o deslocamento nas direções X e Y. Aplicar carga axial = 550 kips (peso próprio + carga imposta).
4. Calcule o modelo com o módulo adicional RF-STEEL AISC.
   
   
   

   Resultado do pilar não armado no RF-STEEL AISC

Como apresentado acima, a resistência necessária excede a resistência disponível em 26% e, portanto, o pilar requer chapas de aço de reforço (F_y = 36 ksi) soldadas aos banzos do pilar. Assume-se que as placas de reforço são instaladas ao longo de todo o comprimento do pilar.

Nota: As pequenas discrepâncias na resistência à compressão entre o modelo do RFEM e o exemplo de cálculo manual AISC [2] devem-se à diferença nas áreas da secção (o raio de canto não está incluído na secção do RFEM).

Crie um pilar W10X66 armado definido pelo utilizador com placas de aço A36

As placas de reforço soldadas aumentam a área e o momento de inércia do pilar. Isto resulta num aumento da resistência à compressão, conforme determinado na especificação AISC, secção E3 [1].

O dimensionamento da armadura é um processo iterativo, o qual é melhor realizado com uma folha de cálculo. Esta solução apresentará apenas a solução final, onde duas chapas de cobertura com 3/8 pol. de espessura x 8 pol. de largura são soldadas nos banzos do pilar como mostrado abaixo.

Secção reforçada

1. Na biblioteca de secções, selecione a entrada "Secção em I reforçada". De seguida, introduz as propriedades geométricas do pilar W10x66 e das chapas de armadura 3/8” x 8". Selecione o mesmo material definido pelo utilizador "Aço Fy = 33" criado anteriormente (de acordo com o Guia de dimensionamento AISC 15 [2] , "O pilar existente tem uma tensão de cedência de F_y = 33 ksi, enquanto as placas de armadura têm uma tensão de cedência de F_y = 36 ksi. Para o cálculo da resistência à compressão disponível do pilar, considere de forma conservativa uma tensão de cedência de 33 ksi para toda a secção do pilar com armadura.").
   
   
   

   Secção transversal definida pelo utilizador do pilar armado W10X66
2. Repita o mesmo processo da criação do pilar e a aplicação da carga como mostrado acima. Calcule o modelo com o RF-STEEL AISC. Conforme apresentado abaixo, o pilar reforçado cumpre a verificação ao dimensionamento.
   
   
   

   Resultado final do dimensionamento no RF-STEEL AISC

Verifique os requisitos para os pilares compostos de acordo com a secção E6 da AISC e dimensione as soldaduras

De acordo com a especificação AISC, secção E6.1 [1] , as ligações nas extremidades das placas de armadura devem ser dimensionadas para a carga de compressão total na placa. Dimensione as ligações de extremidade para a tensão de cedência das placas de armadura.

Utilize cordões de soldadura de 1/4 polegada em ambos os lados da chapa de reforço. A espessura do banzo é t_f = 0,748 polegadas e a chapa de reforço tem 3/8 de polegada de espessura, assim o tamanho da soldadura cumpre os requisitos de tamanho mínimo da Tabela de especificação J2.4 [1] da AISC. O comprimento de soldadura necessário é:

Este comprimento de soldadura cumpre o requisito estipulado do AISC, secção E6.2 (b) [1] , de que o comprimento da soldadura final não deve ser inferior à largura máxima da barra.

Utilize soldadura longitudinal 1/4" x 10 " de comprimento em ambos os lados nas extremidades das chapas.

De acordo com a secção AISC E6.1 (b) [1] , é necessária uma relação de esbelteza modificada para pilares mistos para a/ri> 40, onde a é a distância entre as soldaduras. Para evitar a utilização de uma esbelteza modificada, a distância máxima entre cordões de soldadura intermitentes deve ser limitada a:

Utilize soldaduras de ligação intermitentes de 4 polegadas de comprimento a 4 polegadas no centro (secção J2.2b para comprimento mínimo da soldadura). Uma soldadura de 1,5 polegadas de comprimento cumpre o tamanho de soldadura 4* e 1,5 polegadas de comprimento.

De acordo com a secção AISC E6.2 (a) [1] , os componentes individuais das barras de compressão devem ser ligados a distâncias a, de modo a que a relação de esbelteza a/r_i não exceda 3/4 da relação de esbelteza determinante do barra montada.

Da secção E6.2(b) [1] da norma AISC, o espaçamento máximo de soldaduras intermitentes não deve exceder as espessuras da chapa X 0,75 √(E/F_y ), nem 12 polegadas

O dimensionamento final do pilar reforçado é apresentado abaixo.

Dimensionamento de soldadura de pilares encastrados

Conforme apresentado no exemplo acima, a secção "Paramétrica de parede fina" pode ser utilizada para calcular as propriedades geométricas de barras compostas comuns. O módulo adicional RF-STEEL AISC calcula as resistências de dimensionamento das barras e efetua as verificações da norma.