Projeto de Membros Compostos conforme AS2327: 2017

Neste artigo, vamos orientá-lo em vários aspectos do nosso Módulo de Design Composto antes do lançamento do nosso novo Software de Design Composto – uma solução abrangente para análise e projeto de colunas compostas e sistemas de piso.

O módulo tem a capacidade de realizar cálculos de projeto para colunas compostas, feixes, e laje conforme AS2327:2017. O módulo pode ser utilizado como aplicativo autônomo ou como plataforma integrada após realizar a análise em 3D estrutural.

Características do Módulo:

• Projeto de colunas, vigas e lajes sob TELHADO ÚNICO conforme Resistência (ULS) & Critérios de manutenção (SLS)
• Várias vigas e colunas podem ser manuseadas e projetadas em uma única passagem
• O projeto suporta vários tipos de vigas e pilares estão disponíveis
• A relação entre o Momento de resistência de uma viga e o grau de cisalhamento pode ser avaliada graficamente no caso de vigas mistas tanto para o total quanto para o grau de cisalhamento parcial.
• Gráficos de interação apresentados no caso de colunas como parte dos cálculos de capacidade de momento
• Facilidade para incluir ou excluir a contribuição da laje nos cálculos de momento e capacidade de cisalhamento na fase inicial e mista
• Várias orientações de perfis de deck que variam de 0 para 90 pode ser tentado de acordo com os fabricantes de deck’ especificações
• Os usuários também podem verificar o impacto na capacidade do momento introduzindo várias posições de colocação em termos de embutimento do flange em uma laje de concreto.
• Verificações de manutenção para condições de carga de curto e longo prazo, que incluem fluência e retração
• O tempo de fluência pode ser de acordo com a entrada do usuário e pode avaliar os cálculos de deflexão podem ser obtidos em vários períodos de vida do membro
• Verificações de cisalhamento longitudinal e transversal para colunas e vigas
• Verificações combinadas de interação de momento e cisalhamento para pilares e vigas
• Cobriu o banco de dados de tubos de aço australianos e perfis de forma I
• Várias condições ambientais viz. árido, interior

Colunas compostas:

Colunas compostas são colunas de aço cuja resistência foi reforçada pelo revestimento/preenchimento com concreto armado. Eles têm uma resistência comprovada a terremotos sobre as colunas comuns.

O módulo abrange 3 tipos de projeto de coluna composta viz. Encaixado, Tubo oco quadrado/retangular preenchido com concreto e tubo oco circular preenchido com concreto

Tipo 1: Eu moldo Envolto em concreto

 

Tipo 2:Tubo Cheio de Concreto Oco Quadrado (SHCFT)

 

Tipo-3:Tubo Circular Cheio de Concreto Oco (CHCFT)

• As colunas de tubo de aço preenchido com concreto evitam efetivamente a flambagem local interna do tubo de aço, resultando em maior resistência à flambagem local do que colunas tubulares de aço oco mais altas. A pressão lateral em tubos de aço induz efeito confinante no concreto, aumentando assim a resistência e a ductilidade.
• Fator de contribuição de aço (Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 4.1.1.5)éavaliado como a primeira coisa com a qual se pode verificar se a coluna com as entradas indicadas irá actuar como Compósito ou Só Betão ou Só Aço.
• O programa projetará automaticamente a coluna como uma coluna composta quando o fator de contribuição do aço estiver na faixa de 0.2 para 0.9.
• Verificações finais de resistência do projeto compostas pelos seguintes:
  • Capacidade de carga axial-Resistência da seção (Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 4.1.2)
  • Capacidade de carga axial - Resistência dos membros (Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 4.1.3)
  • Combinações de carga de resistência e facilidade de manutenção (Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 4.1.2.4)
  • Flexão axial e uniaxial combinada (Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 4.2.2)
  • Flexão axial e biaxial combinada (Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 4.2.3)
  • Verificação de cisalhamento longitudinal (Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 4.1.2) & EN1994-1-1:2004
  • Verificação de cisalhamento transversal (Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 4.1.2)
• O efeito da flambagem local é verificado de acordo com Cl. 4.1.1.6 pra SHCFT & RHCFT
• As disposições de detalhamento são atendidas mostrando os cálculos de armadura mínima, o espaçamento mínimo necessário, e diâmetro da barra para armadura longitudinal e de cisalhamento conforme Cl.4.3
• Os cálculos de capacidade de momento estão disponíveis para a análise elástica linear de primeira ordem e de segunda ordem. O cálculo detalhado passo a passo e o diagrama de interação para análise de segunda ordem conforme Cl. 4.5 pode ser obtido como uma saída.
• Imperfeições dos membros, rigidez de flexão efetiva (NÃO)_ef,II, redução na capacidade de momento devido aos efeitos de esbeltez/flambagem, etc. são considerados sob análise de segunda ordem.

Diagrama de interação típico para coluna

• O programa avalia a capacidade de momento para o eixo maior e menor da coluna e os resultados são apresentados na forma de um gráfico de interação.
• A imagem acima mostra a curva de interação para colunas mistas submetidas a força axial combinada e flexão. Para simplificação, a curva é substituída por um diagrama poligonal definido usando certos pontos críticos. Esses QUATRO pontos críticos no gráfico de interação são definidos e explicados abaixo.
  • Ponto A: Força axial apenas N_UMA = N_nós
  • Ponto B: Apenas momento fletor = M_pl
  • Ponto C:N_c = A_cf_cd, M_c = M_pl
  • Ponto D: N_D = 0,5N_C, M_D = M_max
• A seguir está a saída de amostra para um diagrama de interação mostrando curvas para a capacidade da seção viz e a capacidade do membro para a seção da coluna de teste com base no Cl.4.2

Diagrama de interação para Coluna obtido usando o módulo Composite Design

Vigas Compostas:

As vigas mistas são perfis laminados a quente que atuam de forma composta com a laje. A interação composta é conseguida pela fixação de conectores de cisalhamento soldados ao banzo superior da viga de aço. Os conectores de cisalhamento fornecem a conexão de cisalhamento longitudinal entre a laje de concreto e a viga.

O módulo de design composto SkyCiv abrange 2 tipos básicos de vigas viz. com deck de metal e sem deck de metal:

Viga com laje maciça (sem plataforma metálica)

Viga com deck metálico

Os usuários também podem escolher os vários tipos de perfis de deck viz. Calha aberta, Reentrante e bandeja cortada conforme a exigência. Veja abaixo:

Viga com deck de metal tipo calha aberta

Viga com deck de metal tipo pan recortado

Viga com deck de metal tipo reentrante

Os usuários podem fornecer qualquer orientação desejada para o perfil do deck, ou seja,. o ângulo feito pelas nervuras do convés com o vão da viga, conforme indicado abaixo. É uma consideração importante para o projeto de vigas compostas, pois o ângulo de orientação (θ) dita a contribuição do concreto na área sombreada para a estimativa da profundidade efetiva da laje. Em última análise, os cálculos do momento de resistência são governados pelo ângulo de orientação do deck. Quando o ângulo de orientação está na faixa de 0<θ<15, a momento de resistência é calculado com base na espessura total do concreto, ou seja,. concreto na porção da nervura é considerado no cálculo. Quando o ângulo de orientação está na faixa de 15<θ<90, o concreto na porção da nervura (área sombreada como mostrado na imagem abaixo) é ignorado nos cálculos.

Ângulo de orientação do convés θ

• A viga de aço é verificada quanto à esbeltez. O programa pode fornecer os cálculos de projeto composto para perfis de aço COMPACTO e NÃO COMPACTO. Por isso, a redução do “não-compacto”’ elementos serão considerados automaticamente pelo programa após classificação da seção.
• Dois tipos de conectores de cisalhamento são suportados no módulo viz. pernos com cabeça e parafusos estruturais
• A escolha é dada ao usuário para incluir/excluir a resistência ao cisalhamento oferecida pela laje junto com a viga.
• A contribuição da laje para a verificação da capacidade de cisalhamento é opcional e é considerada com base na escolha especificada pelo usuário.
• Força de design final (ULS) cheques compostos pelos seguintes:
  • Classificação da seção (Plástico/Compacto/Esbelto): Cl.3.4.3
  • Capacidade de momento de projeto para conexão total e parcial de cisalhamento: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.5.4
  • Capacidade de cisalhamento vertical da laje, viga de aço: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.5.5
  • Capacidade de cisalhamento longitudinal: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.6.3
  • Projeto de Conectores de Cisalhamento: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.6 & Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.5.8
  • Disposições detalhadas para conectores de cisalhamento: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.6.4
  • Verificação de interação combinada para momento e cisalhamento: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.5.6
• Projeto de manutenção (SLS) cheques compostos pelos seguintes:
  • Cálculo da tensão de retração no concreto para uma determinada condição ambiental e para uma idade do concreto especificada pelo usuário, variando de 1 ano para 30 anos: Cl.3.1.7, AS3600-2018
  • deflexão de curto prazo da viga de aço apenas (Fase de construção): Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.10.3
  • deflexão de curto prazo de uma viga mista sob carregamento de curto prazo para seções rachadas e não rachadas: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.10.3
  • deflexão devido à fluência: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.10.3.3
  • deflexão de longo prazo devido ao encolhimento: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 3.10.3.4
• A saída deste programa fornece interação da capacidade do Moment (Senhor) de uma viga com vários graus de conexões de cisalhamento (b) em um formato semelhante, conforme prescrito em AS2327-Fig-3.5.4.3(B)

Relação Típica entre Momento de Resistência e grau de conexão de cisalhamento

Momento de resistência vs grau de cisalhamento da conexão obtido do módulo

O módulo pode avaliar as várias posições do Eixo Neutro Plástico e, finalmente, o momento de resistência para um caso em que o flange superior está parcialmente embutido em uma laje de concreto. Este é às vezes o cenário prático de construção que capturamos e, portanto, os parâmetros detalhados do bloco de tensão necessários para estimar o Mrd podem ser obtidos na saída do programa. Veja o instantâneo abaixo para os detalhes.

uma) Um cenário quando o flange da viga é embutido no concreto b) Componentes considerados para cálculos de blocos de tensão

Os cálculos de serviço estão disponíveis para o seção rachada ou seção não rachada conforme os requisitos do usuário.

Lajes Compostas:

Concreto moldado no local, malha de reforço, e a chapa perfilada são os principais componentes que formam uma laje mista.

O projeto de uma laje mista envolve avaliar a capacidade de cada um desses componentes e verificar sua viabilidade, calculando sua utilização sob um determinado conjunto de carregamentos..

Atualmente, o programa calcula a flexão positiva no caso do dimensionamento de lajes. Dois casos em relação ao Eixo Neutro Plástico (P.N.A) estão cobertos por esta categoria, a saber. P.N.A. encontra-se na laje acima da cobertura & P.N.A. encontra-se na zona de cobertura/costela. O momento de resistência é calculado com base na posição de P.N.A conforme indicado nos esboços abaixo.

Caso 1: Plástico N.A. encontra-se na laje acima da cobertura

Caso-2: Plástico N.A. encontra-se no lençol

• Força de design final (ULS) cheques compostos pelos seguintes:
  • Espessura mínima da laje: Cl.2.2.1
  • Cálculo da capacidade do momento: Cl.2.7.2
  • Capacidade de cisalhamento vertical: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 2.7.4
• Projeto de manutenção (SLS) cheques compostos pelos seguintes:
  • deflexão de curto prazo de laje mista para seção rachada e não rachada: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 2.8.3.2
  • deflexão devido à fluência: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 2.8.3.3
  • deflexão de longo prazo devido ao encolhimento: Parâmetro relacionado à distribuição de tensões no concreto devido à proximidade do fixador a uma borda do elemento de concreto. 2.8.3.4

Nós vamos, foi uma jornada fantástica para mim. Até agora, Tive a experiência de projetar cada elemento individualmente. Mas, ter tudo sob o mesmo teto é uma experiência gratificante. Espero, você também vai se sentir da mesma maneira…

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