efeitos de segunda ordem em edifícios usuais de concreto armado

135 Pages·2007·2.93 MB·Portuguese

EFEITOS DE SEGUNDA ORDEM EM
EDIFÍCIOS USUAIS DE CONCRETO ARMADO
REGINA MARIA DOS SANTOS CARMO
Dissertação apresentada à Escola de Engenharia
de São Carlos, da Universidade de São Paulo,
como parte dos requisitos para obtenção do
Título de Mestre em Engenharia de Estruturas.
ORIENTADOR: Márcio Roberto Silva Corrêa
São Carlos
1995
-----
~-----------,1
c--.lbSE \
-_11!:§. ....... .
~
~
I
------;,·-r;-
l
Tombo ,1I {[ ,_ 1 <, ''
J . .
r---------------------------------------------------------~
Carmo, Regina Maria dos Santos
1
C28-$e Efeitos de segunda ordem em edifícios usuais de concreto armado
Regina Maria dos Santos Carmo. --São Carlos, 1995.
112p.
Dissertação (Mestrado) --Escola de Engenharia de São Carlos
Universidade de São Paulo, 1995.
Orientador: Prof.Dr. Márcio Roberto Silva Corrêa
1. Edifícios altos - instabilidade globaL I. Título.
Ofereço aos meus pais
esta e todas as conquistas de minha vida.
Dedico também aos meus seis irmãos
mais esta vitória.
Amo vocês todos.
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Márcio Roberto Silva Corrêa pelo trabalho de orientação, atenção,
compreensão e brilhantes idéias.
Aos meus professores da Escola Politécnica da Bahia-UFBa pelo incentivo e
apmo.
Aos professores, colegas e funcionários do Departamento de Estruturas da
EESC-USP que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho.
Aos engenheiros e funcionários da TECSOF ENGENHARIA DE
ESTRUTURAS S/C LI DA pela atenção e carinho.
Aos meus verdadeiros amigos pela companhia, pela ajuda e pelo carinho nesses
anos de convivência.
Enfim, a todas as pessoas que direta ou indiretamente possibilitaram a
realização desta pesquisa.
SUMÁRIO
Lista de Figuras
Lista de Tabelas
Lista de Símbolos
Lista de Abreviaturas e Siglas
Reswno
Abstract
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO
1.1- APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA .......................................... 1
1.2 - OBJETIVO DO TRABALHO 2
1.3 - RESUMO DOS CAPÍTULOS 3
CAPÍTULO 2- INSTABILIDADE 4
2.1 - INTRODUÇÃO ............................................................................. 4
2.2 - CONCEITOS BÁSICOS ............................................................... 4
2.2.1- PROBLEMAS DE INSTABILIDADE ............................. 4
a) Problema de Instabilidade com Bifurcação
do Equilíbrio ou Problema de Flambagem ................... 4
b) Problema de Segunda Ordem ..................................... 7
c) Problema de Ponto Limite . ........... ........ ............ ... ... .... 8
2.2.2- CASOS ELEMENTARES- BARRA ELÁSTICA
LINEAR ........................................................................ 11
a) Instabilidade com Bifurcação do Equilíbrio
na Compressão Axial ................................................ 12
b) Efeito de Segunda Ordem - Flexão Composta . .. .......... 17
2.2.3 - REGIME INELÁSTICO ................................................. 19
2.2.4- PROBLEMAS DE INSTABILIDADE EM
EDIFÍCIOS ALTOS DE CONCRETO ARMADO .......... 22
CAPÍTULO 3 - EFEITOS DE SEGUNDA ORDEM
EM EDIFÍCIOS ALTOS ........................................................... 25
3.1- INTRODUÇÃO ............................................................................. 25
3.2- CRITÉRIO DE IMOBILIDADE .................................................... 26
3.3- ALGUNS CONCEITOS E SIMPLIFICAÇÕES ADOTADAS 27
a) Modelo Simplificado ............................................................ 27
b) Análise Não-Linear .............................................................. 28
c) Efeitos Globais e Locais de Segunda Ordem .......................... 33
d) Classificação das Estruturas .. .... ................................. ... ... ...... 34
d.1) Estruturas de nós fixos ............... ... .... ...... ... ....... ... ... 34
d.2) Estruturas de nós móveis .......................................... 34
e) Sub-Estruturas de Contraventamento
e Elementos Contraventados .................................................... 34
f) Elementos isolados ............................................................. 35
g) Ações Horizontais ................................................................. 35
3.4- RELAÇÃO FLECHA I ALTURA (a/H) ................................... 36
3.4.1 -EXEMPLO DE APLICAÇÃO ...................................... 40
3.5- PARÃMETROS DE INTABILIDADE GLOBAL ......................... 42
3.5.1 -PARÃMETRO a ......................................................... 42
3.5.1.1- EXEMPLO DE APLICAÇÃO ......................... 50
3.5.2- PARÃMETRO 'Yz ....................................................... 52
3.5.2.1 -EXEMPLO DE APLICAÇÃO ....................... 55
3.6- PROCEDIMENTOS USUAIS DE CONSIDERAÇÃO
DE EFEITOS DE SEGUNDA ORDEM .................................... 56
3.6.1- PROCESSO RIGOROSO ........................................... 57
a) Programa com Recursos para Análise
de Segunda Ordem Utilizado no Trabalho ...................... 58
3.6.2- PROCESSO P- !'J. (OU N-a) ..................................... 58
3.6.3- PROCESSO SIMPLIFICADO ........................................ 60
3.6.4- EXEMPLO DE APLICAÇÃO ........................................ 61
a) Processo Rigoroso ........................................................ 64
b) Processo P-!'J. ............................................................ 65
c) Processo Simplificado ................................................... 66
CAPÍTULO 4- EXEMPLOS DE APLICAÇÃO EM EDIFÍCIOS
USUAIS DE CONCRETO ARMADO ................................... 75
4.1 -INTRODUÇÃO .............................................................................. 75
4.2- EXEMPLARES ................................................................................ 75
4.3 -PROGRAMAS ................................................................................. 76
4.4-AÇOES ............................................................................................ 76
4.5 - SIMPLIFICAÇ0ES .......................................................................... 77
4.6- RESULTADOS OBTIDOS ............................................................ 77
CAPÍTULO 5- CONCLUSÕES ........................................................................... 105
5.1 -INTRODUÇÃO .............................................................................. I 05
5.2- CONSIDERAÇ0ES FEITAS NA REALIZAÇÃO
DE UMA ANÁLISE DE SEGUNDA ORDEM ............................ 106
5.3- CORRELAÇÃO ENTRE OS PARÃMETROS
a, Yz E A RELAÇÃO FLECHA/ALTURA ............................... 107
5.4 -AVALIAÇÃO DO PROCESSO SIMPLIFICADO
DE ANÁLISE DE SEGUNDA ORDEM ....................................... 109
CAPÍTULO 5- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................. 110
ANEXO A- FORMAS DAS ESTRUTURAS N"_ 6, 12, 13, 20,28 ............... A-1
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Problema de Flambagem em Regime Elástico ................................ 5
FIGURA 2 - Problema de Flambagem em Regime Inelástico ............................. 7
FIGURA 3 - Problema de Segunda Ordem no Regime Elástico .......................... 8
FIGURA 4- Problema de Ponto Limite .............................................................. 9
FIGURA 5- Exemplo Clássico de Problema de Ponto Limite ............................ 10
FIGURA 6- Barra Elástica Linear Bi-Articulada ................................................ 12
FIGURA 7- Valores de Per para Alguns Exemplos de Variantes
do Caso Fundamental ..................................................................... 14
FIGURA 8- Barra Elástica Linear Submetida a
Carregamento Axial Uniformemente Distribuído ........................... 15
FIGURA 9- Curva de Flambagem (Curva de Euler) .......................................... 17
FIGURA 10- Diagrama de Ensaio de Compressão em Barra
de Material Inelástico ................................................................... 20
FIGURA 11 -Curva de Flambagem (Curva de Euler) ........................................ 22
FIGURA 12- Modelo Simplificado Utilizado na Formulação
de Relações Básicas .. . . ... . . ... . ... . . ... . ... . ... . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. .. . .. . .. . .. . .. . .. . . 2 7
FIGURA 13- Exemplos Utilizados na Comparação dos Diversos Valores
Sugeridos de Redução da Rigidez EI para a Consideração
da NLF ........................................................................................ 32
FIGURA 14- Limitações de Deslocamentos Laterais para Edifícios .................. 38
FIGURA 15- Edifício SP AZIO UNO( forma do pav. tipo
e elevação esquemática) .............................................................. 41
FIGURA 16- Produto de Rigidez Equivalente .................................................... 44
FIGURA 17 - Modelo de Um Pavimento Utilizado na Avaliação da Influência da
Distribuição das Ações Verticais Entre os Pilares da Estrutura
(notação utilizada por VASCONCELOS(l985)). ...................... 47
FIGURA 18- Determinação do Coeficiente Yz .................................................... 53
FIGURA 19- Processo P-/:;. ..................................................................... 59
FIGURA 20- Incidência da Ação Horizontal nos Sentidos
Convencionados Positivo e Negativo ....................................... 62
FIGURA 21 -Deslocamentos ao Longo da Altura do Edificio
SPAZIO UNO (das 3 iterações dos processos
P-11 (a) e rigoroso (b) e dos 3 processos (c)) ............................ 74
FIGURA 22 -Áreas Efetivas (Ae) de um Edificio................................................ 78
FIGURA 23- Relações a x a/H e Yz x a/H ....................................................... 81
FIGURA 24- Relação a x Yz ............................................................................... 82
FIGURA 25- Edificio TOP LIFE (forma do pav. tipo
e elevação esquemática) ................................................................ 86
FIGURA 26- Comparação entre os Resultados na Fundação ........................... 94
FIGURA 27- Comparação entre os Resultados para Flechas no Topo .............. 95
FIGURA 28- Comparação entre os Resultados no Âmbito Global .................... 96
FIGURA 29- Comparação entre os Resultados Globais p/ a Primeira Faixa ...... 99
FIGURA 30- Comparação entre os Resultados Globais p/ a Segunda Faixa ...... 99
FIGURA 31 -Comparação entre os Resultados Globais p/ a Terceira Faixa........ 99
FIGURA 32- Comparação entre os Resultados Globais p/ os Pilares............... 100
FIGURA 33- Comparação entre os Resultados Globais p/ as Vigas................... I 00
FIGURA 34- Comparação entre os Resultados Globais p/ os Pilares-!ª Faixa .... !OI
FIGURA 35- Comparação entre os Resultados Globais p/ as Vigas-!ª Faixa ...... !OI
FIGURA 36- Comparação entre os Resultados Globais p/ os Pilares-2ª Faixa ... 102
FIGURA 37- Comparação entre os Resultados Globais p/ as Vigas-2ª Faixa... 102
FIGURA 38- Comparação entre os Resultados Globais p/ os Pilares-3ª Faixa .... l03
FIGURA 39- Comparação entre os Resultados Globais p/ as Vigas-3ª Faixa.... I 03
FIGURAA-1-EstruturaN~6 ......................................................................... A-1
FIGURA A-2- Estrutura N~ 12 A-2
FIGURA A-3- Estrutura N~ 13 A-3
FIGURA A-4- Estrutura N~ 20 A-4
FIGURA A-4- Estrutura N~ 28 A-5