Estudos de Validação do Aço Leve
Este artigo resume os estudos de validação dos cálculos de painéis, montantes, vigas e pilares em aço leve. A validação foi conduzida em camadas: as propriedades de seção foram comparadas com o catálogo do fabricante, as grandezas de torção com a solução fechada e com uma aplicação independente, a cadeia de resistência com as equações da norma e com cálculo manual, e a derivação das solicitações com cálculo manual; todo o fluxo, da configuração ao relatório, foi executado de ponta a ponta em projetos de exemplo. Para as relações, consulte o artigo Fundamentos Teóricos do Projeto em Aço Leve.
1. Propriedades de seção: 527 perfis × catálogo
Para cada perfil da biblioteca de perfis predefinidos de aço leve, as propriedades brutas calculadas com o modelo de linha de centro com cantos vivos foram comparadas com o catálogo (modelo / catálogo − 1):
| Família (quantidade) | A | Ix | Iy |
|---|---|---|---|
| C (89) | +1,4% … +5,5% | +1,9% … +5,3% | +3,2% … +6,6% |
| Z (90) | +1,4% … +6,6% | +1,9% … +6,4% | +3,4% … +8,3% |
| U (88) | +0,8% … +2,5% | +1,2% … +2,8% | +0,1% … +1,2% |
| Sigma (90) | +1,7% … +6,0% | +2,0% … +4,6% | +3,8% … +8,5% |
| C+ (87) | +2,4% … +6,4% | +2,5% … +4,5% | +3,3% … +6,4% |
| Sigma+ (83) | +2,7% … +5,9% | +2,6% … +3,9% | +4,0% … +7,2% |
Os desvios são uniformes e decorrem da hipótese de cantos vivos do modelo (com cantos arredondados, o desvio de área cai para cerca de 1% em média). Como no projeto A, Ix e Iy brutos são tomados diretamente dos valores do catálogo, o desvio não se reflete no projeto; a posição do centro de gravidade coincide com o catálogo dentro de 0,4 mm.
2. Grandezas de torção
| Ensaio | Resultado |
|---|---|
| Solução fechada — seção U simples (b = 50, h = 100, t = 2 mm) | Distância do centro de cisalhamento e constante de empenamento idênticas à solução numérica |
| Aplicação independente × programa, 90 perfis Sigma | Maior diferença relativa em J, Cw e centro de cisalhamento < 3·10⁻⁵ |
3. Método geral da flambagem distorcional
O método geral (HCBTİE 4.10.3.3) foi validado por três caminhos independentes: um cálculo independente reescrito a partir das páginas da norma, dois resolvedores de faixas finitas distintos e revisão de código. O cálculo independente reproduziu, em seis seções, a tensão crítica e o meio comprimento de onda crítico com precisão melhor que um milésimo:
| Seção | Fcrd compressão, programa / independente (MPa) | Fcrd flexão, programa / independente (MPa) |
|---|---|---|
| S200-50x67x16x2 | 183,0 / 183,0 | 377,4 / 377,4 |
| C200x80x16x2 | 169,2 / 169,2 | 300,0 / 300,0 |
| Z200x60x15x2 | 175,6 / 175,6 | 411,7 / 411,7 |
| Z400x100x21x2 | 55,2 / 55,2 | 164,6 / 164,6 |
| C+200-89x25x15x4 | 606,5 / 606,5 | 922,4 / 922,4 |
| S+200-55x95x25x15x4 | 574,7 / 574,7 | 850,0 / 850,0 |
Nos casos com modo distorcional nítido, o método geral concorda com a solução por faixas finitas na faixa de −7% … +0% na compressão e +4% … +14% (conservador) na flexão. Nas seções Sigma, como o método considera a alma plana, é nitidamente conservador; nas seções C+, como na compressão fica um pouco acima do valor das faixas finitas, a opção de faixas finitas foi tornada padrão para essas seções.
4. Resolvedor de faixas finitas
O resolvedor de faixas finitas do programa foi primeiro ensaiado, com matrizes de faixa única, contra um resolvedor de referência independente (diferença relativa ≤ 2·10⁻¹⁰); em seguida, as tensões críticas foram comparadas com a mesma malha (placa plana, cantoneira, seções C, Sigma, Z e C+; resultados idênticos). Em todos os 439 perfis com lip do catálogo (861 casos de compressão/flexão), a maior diferença entre as tensões críticas dos dois resolvedores foi de 9·10⁻⁵, e a média, de 8·10⁻⁶. Quando a malha é refinada ao dobro, os resultados mudam no máximo 0,3%.
5. Viga e pilar (seção atribuída ao elemento)
Em um projeto de teste, atribuiu-se à viga e ao pilar SIGMA S200-50x67x16x2, com material S235. Os valores do programa foram comparados com um cálculo independente e com cálculo manual:
| Grandeza | Cálculo manual / independente | Programa (YDKT) | Resultado |
|---|---|---|---|
| Resistência à flexão da viga Md (L = 6,0 m, flambagem lateral com torção determinante) | 2,450 kNm | 2,450 kNm | Idêntico |
| Resistência ao cisalhamento da viga Vd | 32,39 kN | 32,39 kN | Idêntico |
| Resistência à compressão da viga Pd | 16,92 kN | 16,92 kN | Idêntico |
| Pilar Pd / Md,x / Md,y (KL = 3,0 m) | 54,83 kN / 6,587 kNm / 1,578 kNm | 54,83 / 6,587 / 1,578 | Idêntico |
Os valores GKT também coincidiram de forma idêntica com os respectivos coeficientes de segurança.
6. Modelo de solicitações e fluxo de ponta a ponta
- A derivação das solicitações axiais dos montantes intermediário e de extremidade a partir dos esforços internos do painel, do momento de vento nas paredes externas e das razões de efeitos combinados foi comparada com cálculo manual para YDKT e GKT e coincidiu de forma idêntica com os valores do relatório.
- As regras do enrijecedor de borda (HCBTİE 4.9.3) e da seção Z foram validadas com cálculo manual.
- A ancoragem do painel, a parcela da chapa de gesso, o cálculo da carga sísmica com T = 0,2 s, a proporcionalidade das rigidezes dos painéis à capacidade e o projeto das fundações com D foram verificados separadamente em projetos de exemplo em aço leve de um e de três pavimentos.
- Nos projetos de exemplo, a cadeia configuração → análise → relatório → PDF funcionou sem erros em execuções automáticas; as configurações foram salvas tanto em formato de texto quanto em formato binário de projeto e relidas de forma idêntica.
7. Avaliação geral
As propriedades brutas das seções são coerentes com o catálogo; as grandezas de torção foram validadas com a solução fechada e com a aplicação independente; a cadeia de resistência coincide com as equações da norma e com cálculo manual, e a derivação das solicitações coincide com cálculo manual. O módulo é adequado para uso dentro do escopo indicado (seções predefinidas C, Z, U, C+, Sigma e Sigma+).
É essencial que todos os resultados gerados pelo software sejam verificados pelo engenheiro responsável.