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.
Em quais edições? Os cálculos de estruturas de aço estão disponíveis na edição StatiCAD Ultimate.
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
- Modele o edifício normalmente (vigas como cintas horizontais, pilares como cintas verticais).
- 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.
- Na mesma janela, marque o tipo de dimensionamento do elemento como “Aço” (Seção 3) e clique em OK.
- Execute a análise. As verificações de dimensionamento em aço são feitas automaticamente ao final da análise.
- Marque o grupo Relatórios de Elementos de Aço na árvore de seleção de relatórios para obter o relatório (Seção 6).
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 formulário | Função |
|---|---|
| Tipo de Produção | Hadde (padrão): perfis laminados a quente. Cold Formed: perfis formados a frio (módulo de aço leve). |
| Categoria | No modo Hadde: Tümü / I-Wide Flange / Channel / Tee / Angle / Pipe / Tube. |
| Caixa de busca | Filtra pelo nome (ex.: “IPE 3”). |
| Pré-visualização | A 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. |
| Atribuir | Grava 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
| Elemento | Janela | Opção |
|---|---|---|
| Viga | Propriedades da Cinta → grupo de tipo de dimensionamento | Aço (ao lado das opções Concreto Armado / Alvenaria / Madeira) |
| Pilar | Propriedades da Cinta Vertical → grupo de tipo de dimensionamento | Aço |
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
| Verificação | Norma | Descrição |
|---|---|---|
| Flexão | ÇYTHYE Capítulo 9 | Escoamento, 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. |
| Cisalhamento | Capítulo 10 | Vn = 0,6·Fy·Aw·Cv |
| Efeito combinado | Capítulo 11 | Verificação da interação entre flexão, força axial e cisalhamento |
| Flecha | Serviço | Verificação 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
| Verificação | Norma | Descrição |
|---|---|---|
| Compressão axial | Capítulo 8 | Flambagem 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 seção | Tabela 5.1A | São 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 esbeltez | Recomendação da ÇYTHYE | Se KL/r > 200, o relatório mostra o alerta em vermelho “KL/r>200!”. |
| Efeito combinado | Capítulo 11.3 | Compressão 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.
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:
| Relatório | Conteúdo |
|---|---|
| Cálculos de Vigas de Aço | Pavimento 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 Aço | Propriedades 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.