Dimensionamento de um pórtico contraventado segundo a AISC 341 no RFEM 6

Artigo técnico sobre o tema análise estrutural e utilização do software Dlubal

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O dimensionamento de um pórtico com reforço concentrado ordinário (OCBF) e de um pórtico especial com reforço concentrado (SCBF) pode ser realizado no módulo Dimensionamento de aço do RFEM 6. O resultado do dimensionamento sísmico de acordo com a AISC 341-16 e 341-22 é categorizado em duas secções: Requisitos da barra e requisitos da ligação.

Para mais detalhes sobre a entrada de configuração sísmica, consulte o artigo KB 001761 | Dimensionamento sísmico AISC 341 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 341-16/22 [1].

  • Limitações largura-espessura [Secção D1.1 e F1.5a]
  • Contraventamento de estabilidade SCBF de vigas - resistência e resistência necessárias [Secções F2.4b e D1.2a.1(b)]
  • Contraventamento de estabilidade SCBF de vigas - espaçamento máximo [Secções F2.4b e D1.2a.1(c)]
  • Resistência necessária do pilar [secção D1.4a]
  • Relação de esbelteza de contraventamento [Secção F1.5b para OCBF e F2.5b(a) para SCBF]

Limites de largura-espessura para requisitos de ductilidade

Os contraventamentos no OCBF são designados como barras moderadamente dúcteis de acordo com a Secção F1.5a. Todas as barras (contraventamentos, vigas, pilares) no SCBF são designadas como barras altamente dúcteis de acordo com a Secção F2.5a.

Os contraventamentos em OCBF têm de satisfazer os requisitos das disposições sísmicas AISC, Secção D1.1, para barras moderadamente dúcteis. De acordo com a Secção F1.5a, os contraventamentos em pórticos apenas por tração com Lc/r superior a 200 não necessitam de satisfazer o requisito de ductilidade. Esta verificação é apresentada como EQ 1300 no RFEM (Figura 1).

Atenção: Pórticos apenas com tração não são permitidos no SCBF de acordo com a Secção F2.4d.

Contraventamento de estabilidade de vigas no SCBF

O requisito para o contraventamento de estabilidade só é aplicável para vigas em pórticos com contraventamento em V e V invertido de acordo com a Secção F2.4b [1]. A resistência e a rigidez necessárias dos contraventamentos de estabilidade estão listadas no separador Contraventamento de estabilidade por barra em "Requisitos sísmicos" (Figura 2). 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).

A resistência necessária, Pbr, encontra-se definida na Equação A-6-7 do Anexo 6 da norma AISC 360-16/22 [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

Atenção: Pr não é aplicável para pórticos com reforço.

A rigidez necessária, βbr, é definida na Equação A-6-8 do Anexo 6 da norma AISC 360-16/22 [3]:

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 341-16/22, Secção F2.4b, que se refere à secção D1.2a.1(c):

A verificação para o espaçamento máximo é apresentada em conjunto com os outros requisitos da barra nas Relações de cálculo em barras. O comprimento contraventado Lb é o comprimento efetivo especificado para encurvadura por flexão-torção (BLT). O detalhe da verificação é apresentado na EQ 2100 (Figura 3).

Resistência necessária do pilar

Todos os pilares que fazem parte do sistema resistente a forças sísmicas (SFRS) devem ser dimensionados com 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 a norma AISC 360-16/22, Capítulo H.

Para combinações de carga com carga sísmica de sobrerresistência, o capítulo H não se aplica quando é ativada a opção para negligenciar todos os momentos de flexão, corte e torção nos pilares para o estado limite da sobrerresistência. O exemplo 4.3.2 do Manual de dimensionamento sísmico [2] demonstra o dimensionamento utilizando o caso de controlo a partir das duas combinações de carga, padrão e sobrerresistência.

Momentos fletores resultantes de uma carga aplicada entre os pontos de apoio lateral podem contribuir para a encurvadura do pilar. Portanto, devem ser consideradas simultaneamente com as cargas axiais ao desativar a opção para negligenciar os momentos (Figura 4).

Relação de esbelteza dos contraventamentos

Para contraventamentos em Pórticos V ou V invertido em OCBF, a relação de esbelteza Lc/r tem de ser inferior ou igual a 4*√(E/Fy ) de acordo com a Secção F1.5b [1]. A intenção é limitar as forças desequilibradas que se desenvolvem nas barras de pórtico após a encurvadura por contraventamento. Esta verificação é apresentada como EQ 3300 no RFEM (Figura 5).

Para contraventamentos na configuração X, a opção para cumprir este requisito pode ser desativada na configuração sísmica.

Para contraventamentos em SCBF, a relação de esbelteza Lc/r tem de ser inferior ou igual a 200, de acordo com a Secção F2.5b(a) [1]. Esta verificação é apresentada como EQ 3310 no RFEM (Figura 6).

Requisitos da ligação

Os requisitos sísmicos incluem a resistência à tração necessária da ligação e a resistência à compressão necessária da ligação do contraventamento. Estas estão listadas no separador Ligação de contraventamento por barra (Figura 7). Os detalhes de dimensionamento não estão disponíveis para as resistências da ligação. No entanto, as equações e as referências padrão encontram-se listadas na tabela.

Os símbolos e as definições são apresentados nas seguintes fórmulas:

Resistência à tração necessária da ligação de contraventamento (OCBF & SCBF)

Ry·Fy·Ag/αs

Ry Relação entre tensão de cedência esperada e tensão de cedência mínima especificada
Fy Limite de elasticidade mínimo especificado
Ag Área bruta do contraventamento
αs Fator de ajuste do nível de força de LRFD-ASD = 1,0 para LRFD e 1,5 para ASD

Resistência à compressão da ligação de contraventamento necessária

1.1·Fcre·Ag/αs      for OCBF (341-16)1.14·Fcre·Ag/αs    for SCBF (341-16 & 341-22)Fne·Ag/αs                for OCBF (341-22)

Fcre Tensão de encurvadura crítica da secção E da AISC 360-16 utilizando a tensão de cedência esperada, Ry Fy
Ag Área bruta do contraventamento
αs Fator de ajuste do nível de força de LRFD-ASD = 1,0 para LRFD e 1,5 para ASD
Fne Tensão nominal da secção E da AISC 360-22 utilizando a tensão de cedência esperada, Ry Fy

Atenção: O dimensionamento da capacidade limitada com base nas resistências contraventadas esperadas estará disponível numa libertação futura.

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 sem deslocamentos laterais AISC 341-22 AISC 341

Referência

[1]   AISC 341-16 Seismic Provisions for Structural Steel Building
[2]   AISC Seismic Design Manual, 3rd Edition
[3]   ANSI/AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings
[4]   AISC 341-22. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. (2022). American Institute of Steel Construction.
[5]   ANSI/AISC 360-22, Specification for Structural Steel Buildings

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  • Atualizado 28 de fevereiro de 2024

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