AISC 341-16 Dimensionamento de barras de momento no RFEM 6

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Os três tipos de pórticos de momento (comum, intermédio, especial) estão disponíveis no módulo Dimensionamento de aço do RFEM 6. O resultado do dimensionamento sísmico de acordo com a AISC 341-16 é categorizado em duas secções: requisitos de barras e requisitos de ligações.

Detalhes mais aprofundados sobre a entrada de configuração sísmica são abordados num artigo separado, KB 001761 | Dimensionamento sísmico AISC 341-16 no RFEM 6.

Requisitos da barra

As seguintes verificações para barras que fazem parte do sistema resistente a forças sísmicas (SFRS) estão disponíveis no RFEM. As secções listadas referem-se às disposições sísmicas AISC 341-16 [1].

  • Limitações da largura-espessura [Secção D1.1]
  • Contraventamento de estabilidade de vigas - resistência e rigidez necessárias [Secção D1.2a.1(b) para IFM e D1.2b para SMF]
  • Contraventamento de estabilidade de vigas - espaçamento máximo [Secção D1.2a.1(c) para INF e D1.2b para SSF]
  • Contraventamento de estabilidade de vigas nas posições das articulações - resistência necessária [Secção D1.2c.1(b)]
  • Resistência necessária do pilar [secção D1.4a]
  • Relação de esbelteza do pilar para ligação sem contraventamento [Secção E3.4c.2b]

Limites de largura-espessura para requisitos de ductilidade

As barras no IFM são designadas como barras moderadamente dúcteis de acordo com a Secção E2.5a. As barras no SSF são designadas como barras altamente dúcteis de acordo com a Secção E3.5a.

Pilar, banzo

O banzo do pilar SMF tem de satisfazer os requisitos das disposições sísmicas da AISC, secção D1.1 [1] para barras altamente dúcteis. Esta verificação é apresentada como EQ 1200 no RFEM (Figura 1).

Alma de pilar

A relação largura-espessura limite para almas de barras altamente dúcteis é determinada utilizando o caso de carga determinante para a carga axial, conforme estipulado na Secção D1.4a [1]. O caso de carga determinante é baseado em todas as combinações de carga, incluindo a gravidade apenas CO, CO com carga sísmica padrão e CO com carga sísmica de sobrerresistência. Esta verificação é apresentada na EQ 1100 no RFEM (Figura 2).

Semelhante aos pilares, as verificações da largura-espessura também são realizadas para as vigas.

Contraventamento de estabilidade de vigas

A resistência e a rigidez necessárias dos contraventamentos de estabilidade estão listadas no separador Contraventamento de estabilidade por barra em "Requisitos sísmicos" (Figura 3). Estes valores podem ser comparados com a resistência e rigidez disponíveis calculadas quando dimensionam as barras de contraventamento que formam um pórtico na viga. Não estão disponíveis detalhes de dimensionamento (apenas referências).

Existem dois valores diferentes listados para as resistências necessárias. O primeiro valor,Pbr, é aplicável para contraventamentos de estabilidade que estão localizados fora da posição da articulação plástica. Pbr está definido na equação A-6-7 do apêndice 6 da norma AISC 360-16 [3]:

Contraventamento de estabilidade de vigas (resistência necessária)

Pbr = 0.02·(Mr·Cdho)

Pbr Resistência necessária dos contraventamentos da viga de estabilidade
Mr Resistência à flexão necessária da viga. Mr = Ry Fy Z/ αs [AISC 341 Equação D1-1]
Cd Fator de curvatura duplo = 1,0 [AISC 341 Secção D1.2a(b)]
ho Distância entre o centro de gravidade do banzo ho = d - tf

O segundo valor maior,Pr, é especificamente para os contraventamentos de estabilidade na posição da articulação plástica. Está definido na equação D1-4 da norma AISC 341-16 [1] :

Contraventamento de estabilidade de vigas (resistência necessária na articulação plástica)

Pr = 0.06·Ry·Fy·Z/(αs·ho)

Pr Resistência necessária do contraventamento da viga de estabilidade na posição da articulação plástica
Ry Relação entre tensão de cedência esperada e tensão de cedência mínima especificada
Fy Limite de elasticidade mínimo especificado
Z Módulo de secção plástico efetivo de uma secção (ou uma ligação) na posição da articulação plástica
αs Fator de ajuste do nível de força LRFD-ASD = 1,0 para LRFD e 1,5 para ASD
ho Distância entre o centro de gravidade do banzo

A rigidez necessária, βbr, é definida na equação A-6-8 do apêndice 6:

Contraventamento de estabilidade de vigas (rigidez necessária)

βbr =1Φ·(10·Mr·CdLbr·ho)  (LRFD)βbr =Ω·(10·Mr·CdLbr·ho)  (ASD)

βBr Rigidez necessária dos contraventamentos da viga de estabilidade
Mr Resistência à flexão necessária da viga
Cd Fator de curvatura dupla = 1,0
Lbr Espaçamento máximo dos contraventamentos da viga de estabilidade
ho Distância entre o centro de gravidade do banzo

O espaçamento máximo dos contraventamentos de estabilidade tem de cumprir os requisitos da AISC 341-16, Secção D1.2a.1(c) para INF e da Secção D1.2b para SMF.

Contraventamento de estabilidade de vigas (espaçamento máximo)

Lbr = 0.19·ry·ERy·Fy  for IMFLbr = 0.095·ry·ERy·Fy  for SMF

Lbr Espaçamento máximo dos contraventamentos da viga de estabilidade
ry Raio de giração em torno do eixo fraco
E Módulo de elasticidade
Ry Relação entre tensão de cedência esperada e tensão de cedência mínima especificada
Fy Limite de elasticidade mínimo especificado

A verificação do espaçamento máximo é apresentada em conjunto com os outros requisitos da barra em "Relações de dimensionamento de barras". O detalhe da verificação é apresentado na EQ 2100 (Figura 4). O comprimento contraventado Lb, é o comprimento efetivo especificado para encurvadura por flexão-torção (LTB).

Resistência necessária do pilar

Todos os pilares que fazem parte do sistema resistente às forças sísmicas (SFRS) devem ser dimensionados com as cargas de excesso de resistência. Em muitos casos, a força axial aumentada não necessita de ser combinada com os momentos de flexão simultâneos. A opção para negligenciar todos os momentos fletores, cortes e torções nos pilares para o estado limite da sobrerresistência está ativada por defeito. Esta opção pode ser desativada na configuração para sismos.

Para combinações de carga padrão sem sobrerresistência por efeito de carga sísmica, a carga combinada é verificada de acordo com AISC 360-16, Capítulo H.

Para combinações de carga com carga sísmica de sobrerresistência, os capítulos F e H não são verificados quando é ativada a opção para negligenciar todos os momentos de flexão, corte e torção nos pilares para o estado limite da sobrerresistência. No Exemplo 4.3.2 do manual de sismos [2] , o caso de controlo de ambas as combinações de carga, padrão e sobrerresistência, necessita de ser considerado.

Momentos fletores resultantes de uma carga aplicada entre os pontos de apoio lateral podem contribuir para a encurvadura do pilar. Portanto, estas devem ser consideradas simultaneamente com as cargas axiais ao desativar a opção para negligenciar os momentos.

Relação de esbelteza do pilar para ligação sem contraventamento

Para pilares em SSF sem contraventamento de barra transversal na ligação, a possibilidade para encurvadura fora do plano na ligação deve ser minimizada através da limitação da relação de esbelteza L/r para ser igual ou inferior a 60, de acordo com a Secção E3. 4c.2b [1]. As ligações sem contraventamento ocorrem em casos especiais, como num pórtico de dois pisos sem piso intermédio.

Nos restantes casos, a opção para cumprir este requisito pode ser desativada na configuração para sismos.

Os requisitos da ligação são abordados no artigo KB 001768 | Resistência da ligação de pórtico de acordo com a AISC 341-16 no RFEM 6.

Autor

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Engenheiro de apoio técnico

O Cisca é responsável pelo apoio técnico ao cliente e pelo desenvolvimento contínuo de programas para o mercado norte-americano.

Palavras-chave

Dimensionamento de sismos AISC 341-16 Estrutura de aço Dimensionamento de aço Sismos Fator de sobrerresistência Contraventamento de estabilidade Pórtico de momentos

Referência

[1]   AISC 341-16 Seismic Provisions for Structural Steel Building
[2]   AISC Seismic Design Manual, 3rd Edition

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  • Atualizado 26 de fevereiro de 2024

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