O que é o cálculo de estruturas de aço leve?

Em edifícios de aço leve, o sistema estrutural é formado por painéis compostos por montantes de seção C ou Sigma, conformados a frio a partir de chapa fina, e pelo fechamento de OSB, compensado ou placas de gesso que os reveste. As cargas horizontais são resistidas pelos painéis por meio da resistência ao cisalhamento do fechamento; os montantes transmitem as cargas verticais e as forças de tombamento.

Em seções de paredes finas, a resistência é, na maioria das vezes, governada pela flambagem: flambagem local da alma e das mesas, flambagem distorcional em que a mesa e o enrijecedor de borda giram juntos e flambagem do elemento como um todo. A HCBTİE calcula essas seções pelo método da largura efetiva; a TBDY 2018 Capítulo 10 define o cálculo sísmico de edifícios de aço leve, as capacidades de cisalhamento dos painéis e as regras de ancoragem.

O StatiCAD reúne essas duas normas em um único fluxo: o modelo é analisado, as solicitações dos painéis e dos montantes são derivadas, as verificações de flambagem e de vento são realizadas, as ancoragens e as fundações são dimensionadas segundo as regras das normas e os resultados são relatados em turco ou inglês.

O que o StatiCAD faz em estruturas de aço leve?

A cadeia de dimensionamento do edifício de aço leve, do cálculo sísmico à fundação.

Capacidade de Cisalhamento de Painéis e Sismo

  • Capacidade de cisalhamento de painéis com fechamento (TBDY Tabela 10.5); OSB, compensado, chapa e placa de gesso
  • Carga sísmica pelo método da força sísmica equivalente, adotando T = 0,2 s (TBDY 10.2.6.1)
  • No modelo de elementos finitos, as rigidezes dos painéis são proporcionais à capacidade; a carga sísmica é distribuída aos painéis conforme suas capacidades
  • Verificação da parcela sísmica dos painéis com placa de gesso (TBDY 10.2.7.2)

Verificação de Montantes (Método da Largura Efetiva)

  • Resistência de cálculo a partir das linhas de flambagem local, distorcional e flexo-torcional
  • Na flambagem distorcional, método geral da HCBTİE 4.10.3.3 ou opção de faixas finitas
  • Nos montantes de extremidade, força de tombamento com o fator de sobrerresistência (TBDY 10.4.1.1)
  • Consideração, na resistência, da restrição à rotação que o fechamento proporciona ao montante

Vento e Flecha

  • Flexão por vento fora do plano nos montantes de paredes externas e efeito combinado com o esforço axial
  • Limite inferior da carga de vento da HCBTİE e verificação da pressão de vento conforme a altura do edifício
  • Flecha de montantes e vigas com a inércia efetiva da seção no momento de serviço
  • Limite de flecha selecionável conforme o tipo de fechamento (h/120 – h/360)

Vigas e Pilares de Aço Leve

  • 527 perfis predefinidos de aço leve: C, Z, U, C+, Sigma e Sigma+
  • Na viga: flexão, cisalhamento, efeito conjunto de esforço axial e flexão, flecha
  • No pilar: compressão, efeito combinado com flexão biaxial, cisalhamento e tração
  • Verificação da suficiência do enrijecedor de borda (lip) e das condições da seção transversal

Ancoragens, Ligações e Condições Estruturais

  • Dimensionamento de ancoragens de tração (hold-down) e de cisalhamento nas extremidades dos painéis
  • Em ligações com parafusos, razões de cisalhamento, esmagamento e resistência do concreto
  • Condições de painel do HCBTİE Capítulo 6: espaçamento dos montantes, espessura da chapa, dimensões da alma e do enrijecedor de borda
  • Altura do edifício e limites de R e D (HCBTİE Tabela 1.2)
  • Verificação das guias inferior e superior dos painéis e dos contraventamentos (TBDY 10.3.1.3, 10.3.1.4; HCBTİE Capítulo 6)

Dimensionamento de Fundações e Método de Projeto

  • Dimensionamento das fundações com forças sísmicas ampliadas pelo fator de sobrerresistência (TBDY 10.4.1.2)
  • Opção de método de projeto LRFD (HCBTİE) e ASD para comparação
  • Inclusão automática das combinações de cargas verticais da HCBTİE
  • Relatórios de painéis, montantes, vigas e pilares em turco ou inglês

Vigas de Piso de Aço Leve

  • Divisão da laje em faixas entre as vigas e geração automática de vigas de piso com as duas extremidades articuladas
  • Comprimentos de travamento lateral distintos para momento positivo e negativo e Cb obtido do diagrama de momentos (AISI S100 F2.1.1)
  • Flexão e cisalhamento simultâneos, esmagamento da alma no apoio (TS EN 1993-1-3 6.1.7.2) e necessidade de enrijecedor
  • Flecha somente para a sobrecarga (L/250) e controle de vibração (HCBTİE 7.5)

Diafragma de Piso (TBDY 10.5)

  • Forças transferidas às linhas de parede e cisalhamento unitário do fechamento
  • Forças nos elementos coletores (drag struts) e nos banzos (cordas)
  • Verificação dos parafusos que ligam o piso ao painel do pavimento inferior
  • Controle da razão de aberturas; nos pavimentos cujas lajes são todas de aço leve, não são feitas verificações de diafragma de concreto armado

Imagens do Programa

Vista 3D de uma residência de aço leve de dois pavimentos no StatiCAD

Vista 3D de uma residência de exemplo de aço leve de dois pavimentos

Planta do pavimento térreo: painéis de aço leve, vigas de piso e faixas

Planta do pavimento térreo: painéis de aço leve, vigas de piso e faixas

Propriedades da Parede, aba Painel de Aço Leve: resistência do fechamento, perfil do montante e restrição à rotação

Aba Painel de Aço Leve: resistência do fechamento, perfil do montante, espaçamento dos montantes e restrição à rotação do fechamento

Propriedades da Parede, aba Ancoragem de Aço Leve: dados das ancoragens de tração e de cisalhamento

Aba Ancoragem de Aço Leve: dados das ancoragens de tração (hold-down) e de cisalhamento

Propriedades da Cinta, aba Aço Leve: dados para a verificação das vigas de piso

Dados para a verificação das vigas de piso de aço leve (HCBTİE 4.8, 7.4, 7.5)

Janela de seleção de seção da biblioteca de perfis formados a frio

Seleção de seção da biblioteca de perfis formados a frio predefinidos

Solução passo a passo com estas imagens: Exemplo Resolvido – Edifício de Aço Leve de Dois Pavimentos (Base de Conhecimento)

Como funciona?

  1. Desenhe as paredes, selecione o tipo de dimensionamento “Painel em Aço Leve” em Propriedades da Parede; informe o fechamento, o perfil do montante, o espaçamento dos montantes e o número de montantes de extremidade.
  2. Marque os painéis das fachadas externas; defina o método de projeto, a pressão do vento e o limite de flecha em Configurações Gerais do Projeto.
  3. Na aba Aço Leve, divida as lajes em faixas e gere as vigas de piso; se necessário, atribua às vigas e aos pilares seções dos perfis predefinidos de aço leve e informe os dados das ancoragens.
  4. Execute a análise; as verificações de painéis, montantes, vigas, pilares, ancoragens e fundações são feitas automaticamente, e as insuficiências aparecem na lista de avisos.
  5. Emita os relatórios no grupo Relatórios de Elementos de Aço Leve.

Relatórios

No grupo Relatórios de Elementos de Aço Leve:

  • Dimensionamento de painéis de aço leve: dados do fechamento e capacidades de cisalhamento dos painéis
  • Dimensionamento de montantes de aço leve: solicitações dos montantes de extremidade e intermediários, capacidades de flambagem, combinação de vento, flecha, ancoragem, linhas de cisalhamento do painel e linhas de guia inferior e superior e de contraventamento
  • Dimensionamento de vigas de aço leve: flexão, cisalhamento, interação, flecha, esmagamento da alma e vibração
  • Dimensionamento de pilares de aço leve: compressão, efeito combinado, cisalhamento e tração
  • Combinações de cargas governantes e hipóteses de cálculo em cada relatório
  • Diafragma de piso de aço leve: forças nas linhas, fechamento, elementos coletores, banzos e verificações das ligações

Documentos de Ajuda

Uso passo a passo, exemplos resolvidos, fundamentos teóricos e estudos de verificação na Base de Conhecimento.

Verificação

As propriedades das seções foram comparadas com os valores do fabricante para todos os 527 perfis predefinidos; as grandezas de torção foram verificadas por solução fechada e por uma aplicação independente.

A cadeia de resistência foi comparada linha a linha com as equações das normas e a derivação das solicitações (esforço axial e vento, LRFD e ASD) com cálculo manual; todo o fluxo, da configuração ao relatório, foi executado de ponta a ponta em projetos de exemplo.

Detalhes dos estudos de verificação (Base de Conhecimento)

Normas

TBDY 2018 Capítulo 10 HCBTİE TS 498 AISI S100 e S240 (referência complementar) TS EN 1993-1-3 (esmagamento da alma)
Em qual edição? Os cálculos de aço leve estão disponíveis no StatiCAD Ultimate.

Perguntas Frequentes

Por quais normas um edifício de aço leve é calculado?

O cálculo sísmico, a capacidade de cisalhamento dos painéis e as regras de ancoragem e de fundação seguem a TBDY 2018 Capítulo 10; as resistências das seções de montantes, vigas e pilares são calculadas pelos Princípios para o Projeto de Edifícios de Aço Leve (HCBTİE). A pressão do vento é informada conforme a TS 498.

Quais perfis de aço leve podem ser utilizados?

Podem ser utilizados os 527 perfis predefinidos de aço leve: seções C, Z, U, C+, Sigma e Sigma+, com altura de 100–400 mm e espessura de chapa de 1,0–4,0 mm. Para os montantes de painéis são oferecidas as seções C, C+, Sigma e Sigma+. Você também pode adicionar seus próprios perfis com o mesmo formato de tabela.

Como é calculada a flambagem distorcional?

A flambagem distorcional é calculada pelo método geral da HCBTİE 4.10.3.3; por padrão nas seções C+ e, se desejado, a solução por faixas finitas pode ser usada em todas as seções. Se os dados do fechamento forem informados, a restrição à rotação que a placa proporciona à mesa do montante também é considerada.

Como os painéis com placa de gesso são avaliados no cálculo sísmico?

Segundo a TBDY 10.2.7.2, painéis com placa de gesso não conseguem atender sozinhos à demanda sísmica. O programa calcula, para cada pavimento e direção, a parcela da placa de gesso na resistência ao cisalhamento do painel e a compara com o limite da TBDY Tabela 10.3; se o limite for excedido, emite um aviso.

Em qual edição do StatiCAD está disponível?

Os cálculos de aço leve estão disponíveis no StatiCAD Ultimate. Você pode testar o fluxo com a versão demo gratuita.

Como modelar um piso de aço leve?

Uma laje quadrilátera é convertida em piso de aço leve na aba Aço Leve de Propriedades da Laje: ao informar o perfil, o espaçamento máximo entre vigas e a direção das vigas, o programa divide a laje em faixas e gera as vigas de piso com as duas extremidades articuladas. As vigas de piso são verificadas conforme HCBTİE 4.8, 7.4 e 7.5, e o diafragma de piso é controlado conforme TBDY 10.5.

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