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002021

Alex Bacon, EIT

2026-01-15

Consideração de LC de carga de vento 2 e 4 no RFEM 6 de acordo com ASCE 7-22

Considerando Casos de Carga de Vento 2 e 4 no RFEM 6 de Acordo com a ASCE 7-22

1. Introdução:

A carga de vento é um componente crítico no projeto de qualquer estrutura, particularmente para os sistemas principais de resistência à força do vento (MWFRS). O padrão ASCE 7-22 [1] descreve vários casos de carga que consideram diferentes direções do vento e efeitos de torção na edificação.

Historicamente, o assistente de carga de vento do RFEM 6 permitiu a geração automática de cargas de vento de acordo com o ASCE 7 para os tradicionais Casos 1 e 3, que representam os cenários típicos de carga para o vento atuando diretamente nas faces principais de uma estrutura.

Com a última atualização, o RFEM 6 agora suporta Casos 2 e 4, que consideram efeitos de carga torcional devido a pressões de vento não uniformes ao longo do diafragma. Essa melhoria permite que os usuários gerem efeitos de carga de vento mais realistas com base no ASCE 7-22, especialmente para estruturas de diafragma irregulares ou flexíveis.

2. Compreensão dos Casos de Carga de Vento do ASCE 7-22

De acordo com o ASCE 7-22, Capítulo 27, os casos de carga de vento para MWFRS são definidos da seguinte forma:

Caso 1: Paredes a favor e contra o vento carregadas simultaneamente, sem torção (pressão interna positiva).
Caso 2: Igual ao Caso 1, mas inclui carga torcional devido ao vento atuando de forma excêntrica na edificação (pressão interna positiva).
Caso 3: Direção reversa do Caso 1 (pressão interna negativa).
Caso 4: Direção reversa do Caso 2 (pressão interna negativa com torção).

Enquanto os Casos 1 e 3 representam distribuições de pressão simétricas, os Casos 2 e 4 aplicam um momento de torção à estrutura para simular variações de pressão de vento ao longo da largura do edifício.

3. Implementação no RFEM 6

3.1 Detecção Automática de Diafragma

O assistente de carga de vento do RFEM 6 agora detecta automaticamente os diafragmas definidos no modelo estrutural. Isso pode ocorrer de duas maneiras:

Através do Add-on de Modelo de Edifício, que define automaticamente os diafragmas em cada nível de piso.
Definindo manualmente um diafragma de ligação rígida usando a ferramenta de Ligação Rígida no modelo.

Uma vez detectado um diafragma, o assistente de carga de vento avalia a excentricidade da pressão do vento através do diafragma para determinar o momento de torção que precisa ser aplicado de acordo com os Casos 2 e 4 do ASCE 7.

3.2 Geração de Casos de Carga

Ao gerar cargas de vento de acordo com o ASCE 7-22, o RFEM 6 agora cria os seguintes casos de carga automaticamente:

Caso 1: Vento na direção A-B (por exemplo, 180°) — distribuição padrão de pressão.
Caso 2: Vento na direção A-B com excentricidade torcional.
Caso 3: Vento na direção B-A — distribuição inversa de pressão.
Caso 4: Vento na direção B-A com excentricidade torcional.

Cada caso aplica os coeficientes de pressão externa correspondentes (C_p) e coeficientes de pressão interna (GC_pi) de acordo com os Capítulos 26 e 27, enquanto o momento de torção para os Casos 2 e 4 é aplicado diretamente ao plano do diafragma detectado.

Caso 2 – Momento de torção

Caso 4 – Momento de torção

Para o exemplo de verificação na próxima seção, algumas direções e casos de carga foram desativados para simplificar o exemplo e o modelo.

4. Exemplo de Verificação

Para validar esta nova funcionalidade, um edifício retangular simples com um telhado de duas águas (mostrado abaixo) foi modelado no RFEM 6 e comparado com cálculos manuais seguindo os Capítulos 26 e 27 do ASCE 7-22.

Parâmetros do Modelo
Parâmetro	Símbolo	Valor
Largura do edifício	B	32 ft
Comprimento do edifício	L	40 ft
Altura da beira	h_e	20 ft
Altura do cume	h_r	30 ft
Altura média do telhado	h_m = (h_e + h_r)/2	25ft
Inclinação do telhado	θ	≈33°

4.1 Determinar Parâmetros de Pressão de Vento de Projeto

Seguindo a Seção 26.10 do ASCE 7-22:

q_{z} = 0.00256 K_{z} K_{z t} K_{e} V^{2}

Parâmetros de pressão do vento no dimensionamento: à sotavento

q_{z} = 0.00256 K_{h} K_{z t} K_{e} V^{2}

Parâmetros de pressão do vento para dimensionamento: Sotavento, Parede lateral, Coberturas

Para este exemplo, há q_z para as paredes a favor do vento seguindo

Categoria de Risco III
V=107 mph
K_z = 0.57 (Exposição B, de 0 a 15 pés)
K_z = 0.62 (Exposição B, a 20 pés)
K_h = 0.66 (Exposição B, a 25 pés)
K_zt = 1.0
k_d = 0.85
K_e = 1.0
G = 0.85

q_{z, (0 - 15)} = 0.00256 (0.57) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 16.71 p s f

q_{z, (20)} = 0.00256 (0.62) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 18.17 p s f

q_{h, (25)} = 0.00256 (0.66) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 19.34 p s f

Parâmetros de pressão do vento de dimensionamento

4.2 Coeficientes de Pressão Externa

Do ASCE 7-22 Fig. 27.3-1 (telhado de duas águas, inclinação de 18°):

Superfície	Cp
Parede a favor do vento	+0.8
Parede contra o vento	-0.5
Paredes laterais	-0.7
Telhado (a favor do vento)	-0.12
Telhado (contra o vento)	-0.6

4.3 Pressões de Projeto

p_{w i n d w a r d} = q_{z} K G C_{p} - q_{h} K_{d} (G C_{p i})

Pressão – Sotavento

p = q_{h} (K_{d} G C_{p} - K_{d} (G C_{p i}))

Pressão - Sotavento

Assumindo que o coeficiente de pressão interna GC_pi = +/- 0.18

Superfície	Cp	GCpi	p+ (psf)	p- (psf)
Parede a favor do vento (0-15 ft)	+0.8	+-0.18	6.70	12.62
Parede a favor do vento (20 ft)	+0.8	+-0.18	7.54	13.423
Parede contra o vento	-0.5	+-0.18	-9.92	-4.00
Parede lateral	-0.7	+-0.18	-12.82	-6.91
Telhado a favor do vento	-0.23	+-0.18	-6.25	-0.25
Telhado contra o vento	-0.6	+-0.18	-11.34	-5.42

4.4 Momentos de Torção de Projeto

Momento de Torção sobre o eixo Z (+GC_pi)

Caso 2:

M_{z, 2} = 0.75 (p_{w, x} + p_{l, x}) (B_{x}) (e_{x})

= 0.75 (6.7 psf (15 ft) + 7.54 psf (5 ft) + 9.92 psf (20 ft)) (40 ft) (6 ft)

M_{z, 2} = 63.25 kip - ft

Momento de torção – Caso 2

Caso 4:

M_{z, 4} = 0.563 (p_{w, x} + p_{l, x}) (B_{x}) (e_{x}) + 0.563 (p_{w, y} + p_{l, y}) (B_{y}) (e_{y})

= 0.563 (6.7 psf (15 ft) + 7.54 psf (5 ft) + 9.92 psf (20 ft)) (40 ft) (6 ft) + 0.563 ((2) (12.82 psf) (20 ft)) (32 ft) (4.8 ft)

M_{z, 4} = 89.82 kip - ft

Momento de torção – Caso 4

5. Comparar com o Assistente de Carga de Vento do RFEM 6

No RFEM 6, use o Assistente de Carga de Vento com o ASCE 7-22 e os mesmos parâmetros:

O programa calcula automaticamente q_z e q_h com base na altura média do telhado e na altura das paredes.
Os valores de C_p foram atribuídos a cada superfície com base na orientação e inclinação das paredes e do telhado.
Para Casos 1 e 3, foram geradas pressões simétricas.
Para Casos 2 e 4, a excentricidade do diafragma foi detectada, e um momento de torção adicional foi aplicado conforme ASCE 7-22 27.3-8

As pressões e a distribuição de carga resultantes do RFEM 6 corresponderam de perto aos valores calculados manualmente, confirmando a precisão da implementação. Pequenas diferenças (≤ 5%) podem ser atribuídas à amostragem geométrica mais precisa do programa das elevações das superfícies e das zonas de pressão.

Comparação dos resultados entre cálculos manuais e o RFEM 6:

5.1 Pressões de Projeto do RFEM 6

Os seguintes valores são retirados do RFEM 6, mais especificamente do Caso 1 e da pressão interna positiva/negativa. A comparação será feita com os valores analíticos calculados manualmente na seção 4 deste artigo. O arquivo do modelo pode ser encontrado na parte inferior da página para comparação individual:

Categoria de Risco III
V = 107 mph
K_z = 0.57 (Exposição B, de 0 a 15 pés)
K_z = 0.62 (Exposição B, a 20 pés)
K_h = 0.6565 (Exposição B, a 25 pés)
K_zt = 1.0
k_d = 0.85
K_e = 1.0
G = 0.85

* q_{z, (0 - 15)} = 0.00256 (0.57) (1.0) (1.0) (107)^{2} = N / A

q_{z, (20)} = 0.00256 (0.62) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 18.130 p s f

q_{h, (25)} = 0.00256 (0.66) (1.0) (1.0) (107)^{2} = 19.242 p s f

Parâmetros da pressão do vento de dimensionamento

Nota: q_z não é mostrado no Assistente de Carga de Vento

p_{w i n d w a r d} = q_{z} K G C_{p} - q_{h} K_{d} (G C_{p i})

Pressão – Sotavento

p = q_{h} (K_{d} G C_{p} - K_{d} (G C_{p i}))

Pressão - Sotavento

Assumindo que o coeficiente de pressão interna GC_pi = +/- 0.18

Superfície	Cp	GCpi	p+ (psf)	p- (psf)
Parede a favor do vento (0-15 ft)	+0.8	+-0.18	6.761	12.649
Parede a favor do vento (20 ft)	+0.8	+-0.18	7.535	13.460
Parede contra o vento	-0.5	+-0.18	-9.895	-4.007
Parede lateral	-0.7	+-0.18	-12.675	-6.787
Telhado a favor do vento	-0.23	+-0.18	-6.193	-0.305
Telhado contra o vento	-0.6	+-0.18	-11.285	-5.397

5.3 Momentos de Torção de Projeto do RFEM 6

Momento de Torção sobre o eixo Z (+GC_pi)

No RFEM 6, o momento de torção é calculado internamente e os parâmetros não são mostrados. A razão é que o cálculo necessário para isso é complexo e seria difícil de mostrar na caixa de diálogo.

A imagem abaixo mostra um pequeno exemplo de como o RFEM 6 realiza o cálculo:

Cálculo de momento torsor - RFEM 6

Momento de torção

M = 7.54 * A1 * 0.15 * b1 + 9.92 * A2 * 0.15 * b2 A1 ... área da carga no diafragma no lado a favor do vento A2 ... área da carga no diafragma no lado contra o vento b1 ... largura do edifício no lado a favor do vento b2 ... largura do edifício no lado contra o vento

Aqui estão os momentos para os Casos 2 e 4 que o RFEM 6 calculou:

Caso 2:

M_z,2 = 60.66 kip-ft

Caso 4:

M_z,4 = 80.84 kip-ft

6. Conclusão e Comparação de Resultados

A adição dos Casos 2 e 4 no RFEM 6 representa um avanço significativo na geração automatizada de cargas de vento de acordo com o ASCE 7-22. Detectando diafragmas e aplicando efeitos de torção automaticamente, os engenheiros agora podem:

Capturar toda a gama de casos de carga do MWFRS (1-4) sem entrada manual
Garantir conformidade com os Capítulos 26 e 27 do ASCE 7-22.
Melhorar a eficiência de modelagem e confiabilidade do projeto.

Este exemplo de verificação demonstrou que o assistente de carga de vento do RFEM 6 produz resultados consistentes com cálculos manuais do ASCE 7-22, proporcionando aos usuários confiança em precisão e automação. Isso pode ser visto na tabela abaixo, que compara os valores calculados manualmente com os encontrados no RFEM 6:

Nota: Valores como K_h e C_p são arredondados em um cálculo manual, causando algumas discrepâncias. O RFEM 6 usa valores exatos.

Pressão Interna Positiva (+GC_pi)

Superfície	Pressão Analítica (psf)	Pressão RFEM 6 (psf)	RFEM/Analítica
Parede a favor do vento (0-15 ft)	6.70	6.761	1.01
Parede a favor do vento (20 ft)	7.54	7.54	1.00
Parede contra o vento	-9.92	-9.895	1.00
Parede lateral	-12.82	-12.675	0.99
Telhado (a favor do vento)	-6.25	-6.193	0.99
Telhado (contra o vento)	-11.34	-11.285	1.00

Pressão Interna Negativa (-GC_pi)

Superfície	Pressão Analítica (psf)	Pressão RFEM 6 (psf)	RFEM/Analítica
Parede a favor do vento (0-15 ft)	12.62	13.423	1.00
Parede a favor do vento (20 ft)	10.50	12.649	1.00
Parede contra o vento	-4.00	-4.01	1.00
Parede lateral	-6.91	-6.787	0.98
Telhado (a favor do vento)	-0.33	-0.305	0.92
Telhado (contra o vento)	-5.42	-5.397	1.00

Momentos de Torção de Projeto (+GC_pi)

Caso	Momento Analítico (kip-ft)	Momento RFEM 6 (kip-ft))	RFEM/Analítica
2	63.25	60.66	0.96
4	89.82	80.84	0.90

Base de dados de conhecimento

Considerando os Casos de Carga de Vento 2 e 4 no RFEM 6 de acordo com ASCE 7-22

Vista de um modelo estrutural 3D com níveis de detalhe variados, apresentando elementos de engenharia e visualização de resultados.

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ASCE 7 – 22 Assistente para cargas de vento – Caso 2 e 4

Autor

O Eng. Bacon é responsável pelas formações para clientes, pelo apoio técnico e desenvolvimento de programas para o mercado norte-americano.

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