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Dimensionamento de Vigas e Pilares de Aço

Este artigo descreve o uso do módulo de dimensionamento de vigas e pilares de aço do StatiCAD. Os cálculos seguem a TBDY 2018 (Código Turco de Edificações Sísmicas 2018) e a ÇYTHYE (Princípios Turcos de Projeto, Cálculo e Execução de Estruturas de Aço, abordagem LRFD/YDKT): nas vigas, flexão (incluindo flambagem lateral com torção), cisalhamento, efeito combinado e flecha; nos pilares, flambagem por compressão axial e o efeito combinado de força axial + flexão biaxial. Os esforços seccionais vêm da própria solução de elementos finitos do programa, com os valores de envoltória e as combinações de carga a que pertencem. Para as expressões, consulte Fundamentos Teóricos do Dimensionamento em Aço; para as comparações com cálculo manual, consulte Estudos de Verificação de Estruturas de Aço.

informação

Em quais edições? Os cálculos de estruturas de aço estão disponíveis na edição StatiCAD Ultimate.

observação

Escopo: O cálculo de resistência é feito para perfis I/H laminados a quente (IPE, IPN, HEA/HEB/HEM, HD/HL/HP). Perfis U, L, T, caixão e tubulares podem ser atribuídos; aparecem no modelo e na visualização 3D. O cálculo de perfis formados a frio (C, Z, Sigma etc.) é feito no módulo Estruturas de Aço Leve.

1. Fluxo geral​

  1. Modele o edifício normalmente (vigas como cintas horizontais, pilares como cintas verticais).
  2. Abra a janela Propriedades do elemento que será de aço e atribua o perfil no formulário Selecionar Seção Fabricada por meio do botão Selecionar Seção (Seção 2). Ao atribuir o perfil, o material de aço (S235 etc.) também é gravado no elemento junto com a seção.
  3. Na mesma janela, marque o tipo de dimensionamento do elemento como “Aço” (Seção 3) e clique em OK.
  4. Execute a análise. As verificações de dimensionamento em aço são feitas automaticamente ao final da análise.
  5. Marque o grupo Relatórios de Elementos de Aço na árvore de seleção de relatórios para obter o relatório (Seção 6).
observação

Se um perfil foi atribuído a um elemento sem que o tipo de dimensionamento “Aço” esteja marcado, o elemento permanece no modelo com a seção de aço (peso, rigidez, visualização 3D), mas não entra na verificação de dimensionamento em aço.

2. Biblioteca de perfis fabricados e atribuição de seção​

O formulário Selecionar Seção Fabricada é aberto pelo botão Selecionar Seção nas janelas de viga (Propriedades da Cinta) e de pilar (Propriedades da Cinta Vertical).

Campo do formulárioFunção
Tipo de ProduçãoHadde (padrão): perfis laminados a quente. Cold Formed: perfis formados a frio (módulo de aço leve).
CategoriaNo modo Hadde: Tümü / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube.
Caixa de buscaFiltra pelo nome (ex.: “IPE 3”).
Pré-visualizaçãoA seção do perfil selecionado é desenhada com a geometria real; as dimensões principais e as propriedades da seção são listadas.
Material...Seleção do grau do aço (S235, S275, S355 etc.). Se não for selecionado, usa-se o grau de aço padrão. O material é atribuído ao elemento junto com a seção.
AtribuirGrava o perfil e o material na janela do elemento aberta; a seção também é adicionada à biblioteca de seções do projeto e a imagem da seção é gerada para os relatórios.
Seção Definida pelo Usuário...Passa da biblioteca de fabricação para o caminho de seção definida pelo usuário.

O mesmo formulário abre tanto a partir da viga quanto do pilar; a atribuição é feita ao elemento da janela de onde ele foi aberto. O perfil atribuído é armazenado na biblioteca do projeto e acompanha o arquivo.

3. Seleção do tipo de dimensionamento​

ElementoJanelaOpção
VigaPropriedades da Cinta → grupo de tipo de dimensionamentoAço (ao lado das opções Concreto Armado / Alvenaria / Madeira)
PilarPropriedades da Cinta Vertical → grupo de tipo de dimensionamentoAço

Ao marcar a opção e clicar em OK, o tipo de dimensionamento do elemento é gravado como aço; ao final da análise esses elementos entram na verificação de dimensionamento em aço e o grupo Relatórios de Elementos de Aço passa a aparecer na árvore de relatórios.

4. Cálculo de vigas de aço​

VerificaçãoNormaDescrição
FlexãoÇYTHYE Capítulo 9Escoamento, flambagem lateral com torção inelástica e elástica; os limites Lp e Lr são calculados e mostrados no relatório. O estado-limite determinante é indicado no relatório.
CisalhamentoCapítulo 10Vn = 0,6·Fy·Aw·Cv
Efeito combinadoCapítulo 11Verificação da interação entre flexão, força axial e cisalhamento
FlechaServiçoVerificação f ≤ L/K; mostrada no relatório na linha “Sehim f = ... ≤ L/K = ...” (Sehim = flecha).

Comprimento de contenção lateral Lb: Se os campos de contenção lateral (Le) na janela de propriedades do elemento forem deixados em automático, adota-se o comprimento L da viga (entre os nós de extremidade); se um valor for informado manualmente, ele é usado. Se houver contenção lateral em pontos intermediários da viga (por exemplo, uma viga secundária que nela se apoia ou um contraventamento), informe no campo Le o maior comprimento sem contenção.

Coeficiente de correção de momento Cb: O Cb (ÇYTHYE Eq. 9.1) é calculado separadamente para cada combinação de carga, a partir do diagrama de momentos de elementos finitos. Como o Cb varia conforme a combinação, a combinação determinante não é a que fornece o maior momento, e sim a que apresenta a maior razão demanda/capacidade; no relatório, o momento de cálculo, o nome da combinação e o Cb referem-se a essa combinação.

  • Em vigas em balanço (com uma extremidade não ligada a pilar, parede ou outra viga), adota-se Cb = 1,0 (ÇYTHYE 9.1(e)).
  • Quando se informa no campo Le um comprimento menor que o da viga, adota-se Cb = 1,0 (a favor da segurança).
  • A extremidade de uma viga secundária que se apoia em uma viga principal é considerada um apoio; o Cb é calculado a partir do diagrama de momentos.

Limite de flecha K: Por elemento, é definido no mesmo local da seleção de K da flecha das vigas de madeira (padrão K = 300; conforme a seleção 200 / 150 / valor informado manualmente). A flecha é calculada com o momento de serviço (G+Q ou G+S, sem majoração); em viga em balanço, usa-se o equivalente de carga na extremidade.

5. Cálculo de pilares de aço​

VerificaçãoNormaDescrição
Compressão axialCapítulo 8Flambagem por flexão nos eixos x e y e, em seção duplamente simétrica, flambagem por torção; Fcr e φcPn (φc = 0,90) a partir da tensão elástica de flambagem determinante. O modo de flambagem determinante é indicado no relatório.
Esbeltez da seçãoTabela 5.1ASão verificados os limites b/2tf da mesa e hw/tw da alma. O elemento de seção esbelta é marcado explicitamente no relatório como “narin enkesit” (seção esbelta) e considerado inadequado.
Índice de esbeltezRecomendação da ÇYTHYESe KL/r > 200, o relatório mostra o alerta em vermelho “KL/r>200!”.
Efeito combinadoCapítulo 11.3Compressão axial + flexão biaxial: Eq. 11.3a (Pr/Pc ≥ 0,2) ou 11.3b; a equação utilizada é indicada no relatório.

Comprimento efetivo de flambagem KL: Por padrão, adota-se o comprimento do pilar dentro do pavimento (altura do pavimento e diferenças de cota inferior/superior) e considera-se K = 1,0. Informando manualmente valores nos campos Le da janela Propriedades da Cinta Vertical, o comprimento de flambagem pode ser definido separadamente para cada eixo.

6. Combinações de carga​

A abordagem de cálculo é LRFD (YDKT) (φb = φc = φv = 0,90). As solicitações são tomadas da envoltória das combinações LRFD da ÇYTHYE (1,4G; 1,2G + 1,6Q + 0,5S; 1,2G + 1,6S + 1,0Q; havendo vento, 1,2G + 1,0Q + 0,5S + 1,6W e 0,9G + 1,6W) e das combinações sísmicas do programa (1,2G no sismo, Q no mínimo 1,0). Essas combinações não alteram a lista de combinações de carga do projeto; são usadas apenas no dimensionamento em aço. O nome da combinação que fornece a envoltória é mostrado no relatório ao lado da solicitação.

observação

A linha “Çelik kiriş/kolon tasarımında rüzgâr birleşimleri yok” (não há combinações de vento no dimensionamento de vigas/pilares de aço) nos avisos da análise informa que não há caso de carga de vento definido no projeto. A lista de combinações padrão (TBDY) não contém vento; para que o vento entre no cálculo, selecione, na aba Combinações de Carga, os casos de carga e as combinações definidos.

7. Relatórios​

Após a análise, o grupo Relatórios de Elementos de Aço aparece na árvore de seleção de relatórios:

RelatórioConteúdo
Cálculos de Vigas de AçoPavimento a pavimento, um bloco por viga: nome da seção; material (Fy); propriedades da seção (A, Ix, Wel, Wpl, ry); Lb, Cb, Lp, Lr; momento de cálculo (com a combinação de carga que fornece a envoltória), Mn, razão e estado-limite determinante; cisalhamento de cálculo, Vn e razão; efeito combinado; linha de flecha; Sonuç: Yeterli / Yetersiz (Resultado: Adequado / Inadequado)
Cálculos de Pilares de AçoPropriedades da seção (A, Ix, Iy, rx, ry); KLx, KLy, maior KL/r (com alerta, se necessário); força axial (com a combinação), φcPn, razão e modo de flambagem determinante; momentos nos dois eixos e suas capacidades; equação de interação e seu valor; Resultado

As verificações atendidas são marcadas com UYGUN (conforme) em verde, e as não atendidas com X em vermelho. Os relatórios são gerados em turco quando o idioma do programa é o turco e em inglês nos demais idiomas.

8. Visualização 3D​

Vigas e pilares com perfil atribuído são desenhados na janela 3D com a geometria real da seção (alma–mesa em I/H, caixão, tubo, contorno de perfil formado a frio). Elementos sem perfil atribuído aparecem como prisma retangular. As imagens das seções também são incluídas nas tabelas de seção dos relatórios.

9. Observações importantes​

  • Em pilares de seção esbelta, o método da largura efetiva não é aplicado nesta versão; o programa não produz capacidade e marca o elemento explicitamente. O resultado nunca é exibido silenciosamente como “seguro”.
  • No cálculo da viga, o Cb é calculado a partir do diagrama de momentos de cada combinação; em balanço e com Lb curto informado manualmente no campo Le, adota-se 1,0 (veja a Seção 4).
  • No comprimento de flambagem do pilar, assume-se K = 1,0; para outras condições de apoio, informe o valor de K·L nos campos Le.
  • O módulo de elasticidade do material de aço é lido da biblioteca de materiais; tanto faz estar definido em kg/cm² ou em MPa (a unidade é reconhecida automaticamente).
  • As condições de seção de ductilidade sísmica do Capítulo 9 da TBDY, a razão de capacidade pilar–viga e os elementos de contraventamento não fazem parte do escopo desta versão.

10. Perguntas frequentes​

“Relatórios de Elementos de Aço” não aparece na árvore de relatórios. O grupo aparece quando há no projeto ao menos uma viga ou pilar com o tipo de dimensionamento Aço marcado e após a análise. Verifique se a opção “Aço” está marcada na janela de propriedades do elemento e se a análise foi refeita.

O relatório diz “Profil katalogda bulunamadı” (perfil não encontrado no catálogo). O nome da seção atribuída ao elemento não foi encontrado exatamente na biblioteca de perfis fabricados (por exemplo, nome de seção alterado manualmente). Atribua novamente a seção pelo formulário Selecionar Seção Fabricada.

As capacidades saíram muito menores ou maiores do que eu esperava. Primeiro compare a linha de propriedades da seção do relatório (A, Ix, Wpl) com a tabela do perfil; depois verifique os valores de Lb, Cb e KL — a contenção lateral ou o comprimento de flambagem pode ter sido informado manualmente. A coerência do estado-limite da viga (escoamento / flambagem lateral com torção inelástica / elástica) com Lp e Lr pode ser vista no relatório.

A viga ou o pilar de aço aparece retangular na visualização 3D. Não foi atribuído perfil ao elemento. Atribua o perfil seguindo os passos da Seção 2.

Pode haver verificação de aço e de concreto armado no mesmo elemento? Não; o tipo de dimensionamento é de seleção única. O elemento entra na verificação do módulo correspondente ao tipo marcado.