Baixe Estruturas de Concreto Armado I - Aulas Práticas com Software de Análise e outras Esquemas em PDF para Análise Estrutural, somente na Docsity!
Análise de estrutura de pórtico 3D com SAP 2000 Análise Simplificada com forças equivalentes – versão 20 Esta manual tem por finalidade auxiliar no aprendizado do programa SAP2000 (versão 20) voltado para o cálculo tridimensional de estruturas de concreto armado. A estrutura apresenta 7 pavimentos (térreo+ cinco pavimentos tipo + cobertura) como se mostra na figura abaixo e é destinada para residência. Nas duas direções se tem pórticos de concreto armados. Considerar que todas as paredes de alvenaria estão separadas da estrutura de concreto armado (apenas se considera seu peso, porem não sua rigidez). As lajes são maciças com 13 cm de espessura. a) Planta de Pavimento Tipo b) corte Planta de pavimento tipo Propriedades dos materiais: Resistencia característica à compressão do concreto: 𝑓= 20 MPa (C20) Tensão característica de escoamento do aço: 𝑓௬= 50 MPa (CA50)
Ações Verticais (g e q): Carga Vão 1 Vão 2 Vão 3 Carga Vão 1 Vão 2 Vão 3 g (kN/m) 15.62 10.48 15.62 g (kN/m) 24.06 18.69 24. q (kN/m) 2.41 0 2.41 q (kN/m) 7.48 5.74 7. g (kN/m) 11.24 6.1 11.24 g (kN/m) 18.18 20.69 18. q (kN/m) 2.41 0 2.41 q (kN/m) 7.48 5.74 7. Carga Vão 1 Vão 2 Vão 3 g (kN/m) 14.54 10.48 14. q (kN/m) 1.9 0 1. g (kN/m) 10.16 12.77 10. q (kN/m) 2.41 2.18 2. Pavimento tipo Cobertura Pórtico P1-P2-P3-P4 Pórtico P5-P6-P7-P Pórtico P9-P10-P11-P Pavimento tipo Cobertura Pavimento tipo Cobertura Carga Vão 1 Vão 2 Carga Vão 1 Vão 2 g (kN/m) 6.21 6.21 g (kN/m) 14.84 7. q (kN/m) 1.93 1.93 q (kN/m) 4.61 2. g (kN/m) 4.69 4.69 g (kN/m) 11.21 5. q (kN/m) 1.93 1.93 q (kN/m) 4.61 2. Pavimento tipo Cobertura Pavimento tipo Cobertura Pórtico P9-P5-P1 e P12-P8-P4 Pórtico P10-P6-P2 e P11-P7-P Ações de vento: (Vx)
Cálculo de Forças de Vento
45 (ver isopletas) Categoria 3 Classe A b 0.94 coef. para cálculode S p 0.1 coef. para cálculode S Fr 1 coef. para cálculode S Ca 1.05 coef. de arrasto L (m) 10.6 dimensão perpendicular ao vento n 3 número de porticos na direção do vento N z (m) Δz (m) Vo (m/s) S1 S2 (z) S3 (z) Vk (m/s) q (Kg/m 2 ) Ae (m 2 ) F = Ca. Q.Ae (Kgf)
F
(kN) 1 2.80 2.80 45 1 0.83 1 37.24 86.69 29.68 2701.75 27. 2 5.60 2.80 45 1 0.89 1 39.92 99.59 29.68 3103.50 31. 3 8.40 2.80 45 1 0.92 1 41.57 108.00 29.68 3365.66 33. 4 11.20 2.80 45 1 0.95 1 42.78 114.39 29.68 3564.98 35. 5 14.00 2.80 45 1 0.97 1 43.75 119.62 29.68 3727.69 37. 6 16.80 2.80 45 1 0.99 1 44.55 124.06 29.68 3866.12 38. 7 19.60 2. 8 Velocidade básica do vento (m/s)
Para iniciar o programa:
- Clique duas vezes no ícone do SAP2000 na área de trabalho do computador ou procure a pasta onde foi instalado o programa e clique duas vezes em SAP2000.exe.
- No canto inferior à direita da janela aparece uma lista com as unidades. Defina as unidades (kN-m-oC)
- Para adicionar outras ferramentas, posicionar o mouse sobre a área cinza na parte superior da tela e clique com o botão direito do mouse. Geometria Básica
- FILE – New Model – pressionar o botão associado à figura do pórtico tridimensional (3D Frames).
- Na janela 3D Frames: Number of Stories = 6 Number of Bays, X = 3 Number of Bays, Y = 2 Story Heights = 3,00 (altura do primeiro pavimento, ou seja a distancia desde a parte superior das sapatas ate o eixo das vigas do primeiro pavimento). Bay Width, X = 5, Bay Width, Y = 5, Deixar outras opções como aparecem. OK.
A tela principal do programa se divide em duas janelas, uma com a vista tridimensional do pórtico e outra no plano do pórtico XZ. Para se posicionar numa janela especifica, clique sobre qualquer lugar dessa janela. Utilizar os botões XY, XZ, YZ e 3D (na barra de ferramentas), assim como aqueles com seta para acima e para abaixo, para alterar o plano de visualização. Por exemplo, o eixo 1 do programa representara o pórtico P9-P10-P11-P12, de maneira similar o eixo A representara o pórtico P1-P5-P9. Plano XY
- DEFINE – Coordinate Systems/Grids – clique sobre Modify/Show Systems. Em outras versões utilizar a opção DRAW – Edit Grid.
- Na janela Define Grid Systems Data. Selecionar Glue to Grid Lines (na parte inferior)
- Menu ASSIGN – Joint – Restraints. A tabela “Assign Joint Restraints” é aberta.
- Na tabela “Assign Joint Restraints”: Marque as caixas correspondentes aos seis graus de liberdade ou mais facilmente pressione o botão que mostra o apoio engastado. OK.
- Clique no botão Gravar (que tem desenhado de um disquete).
- A seguir deve-se definir o centro de massa da estrutura em cada pavimento. Apenas por facilidade do problema se considera que o centro de massa coincide com o centro de rigidez da estrutura e com o centroide da área do pavimento (-0,325;0.2). Clicar no botão XY da barra de ferramentas e posicionar-se no primeiro pavimento (z=3 m).
- Selecionar Draw → Draw special joint e clicar em qualquer lugar do plano XY do pavimento atual. Gera-se o ponto mostrado abaixo com circulo vermelho. O próximo passo é corrigir as coordenadas deste ponto.
- Clique no ponto gerado e selecione-lo pressionando o botão direito do mouse. Logo selecione a aba Location e altere as coordenadas do nó para (-0,325;0,2). O resultado final se amostra na figura anterior (lado direito).
- No plano XY do primeiro pavimento e com uma janela extensível, selecione agora todos os elementos e nós deste plano.
- Clique em Assign → Joint → Constraints → Define Joint Constraints e logo selecione a opção Diaphragm. Clique no botão Add new Constraint e verificar que a opção Z esteja selecionada como aparece na figura abaixo. Logo pressione OK duas vezes para fechar as janelas.
- Selecione DIAPH1 da lista (diafragma rígido do primeiro pavimento) e pressione OK.
OK.
- Clique novamente OK para fechar a janela Define Materials
- Clique no botão Gravar (ícone com disquete) Seções
- DEFINE – Section Properties/Frame Sections.
- Na janela Frame Properties, escolher a lista Add New Property.
- Selecionar “Concrete” em “Frame Section Property Type” e logo pressionar a figura “Rectangular”
- Na janela “Rectangular Section”: Modificar o nome da seção para V1(20x45) Selecione CONCRETO da lista de materiais em “Material”. Depth = 0,45 (altura) Width = 0,20 (largura) OK (retorna à janela Frame Properties).
- Clique em Add New Property.
- Realizar o mesmo procedimento para definir as seções das vigas V2(20x45), V4(20x45) e dos pilares P1(25x25), P2(25x35),P5(25x40),P6(25x55).
- Para desativar os eixos do pórtico na figura. View – Show Grid.
- Nota: a seleção de um grupo de elementos de barra pode também ser feita com o botão: Set Intersecting Line Select Mode. Utilizar o botão Clr para desativar qualquer seleção.
- Clique no botão “Set Display Options” na barra de ferramentas (aquele com um quadrado com check).
- Na janela Display Options, selecionar a aba General Options. Marcar “Extrude” em “View Type” e “Shrink Objects” em “General”; logo clique OK.
- Ativar uma janela com visualização 3D, clique no botão 3-d. Deve-se conferir que as seções transversais dos elementos do pórtico apresentem as orientações desejadas segundo o projeto (lembrar que na planta as maiores dimensões dos pilares estão na direção Y). Caso contrario as mesmas devem ser giradas. Segundo a visualização das figuras abaixo, a maior dimensão da seção das vigas está na direção do eixo Z (vertical), o que é correto. No entanto, no caso dos pilares, a maior dimensão esta na direção X.
- Neste caso, se devem girar os pilares. Selecionar todos os pilares clicando sobre eles ou utilizando “Select using intersecting line”. Este processo não seria necessário para os pilares de canto que são quadrados, porém por generalização selecionamos todos os pilares. Alternativamente, a seleção pode ser feita por grupo de seções. Select → Select → Properties → Frame Sections. A figura abaixo à direita mostra o processo final em que todos os pilares foram selecionados com linhas tracejadas. Dimensão maior do pilar na direção X Dimensão maior do pilar na direção X Dimensão maior do pilar na direção X
Definição dos Sistemas de Carga e Combinações
- DEFINE – Load Patterns
- Na janela Define Load Patterns: Desconsiderar o caso DEAD já existente nesta janela. Na caixa Load Pattern Name escrever “g” Abrir a lista Type e selecionar DEAD. Alterar o valor de 1 para 0 em Self Weight Multiplier. Clique em Add New Load Pattern Agora, na caixa Load Pattern Name escrever “q” Abrir a lista Type e selecionar LIVE. Deixar 0 em Self Weight Multiplier. Clique em Add New Load Pattern Agora, na caixa Load Pattern Name escrever “vx” Abrir a lista Type e selecionar WIND. Deixar 0 em Self Weight Multiplier. Clique em Add New Load Pattern Agora, na caixa Load Pattern Name escrever “vy” Abrir a lista Type e selecionar WIND. Deixar 0 em Self Weight Multiplier. Clique em Add New Load Pattern OK. Observação: Self Weight Multiplier igual a 1,0 indicara que o peso próprio dos elementos que compõem a estrutura será considerado no cálculo das cargas. Como esse valor já esta inserido na ação vertical permanente “g”, então um valor de zero é adequado.
- DEFINE-Load Combinations
- Na janela Define Load Combinations, clique no botão Add New Combo.
- Na janela Load Combination Data: Load Combination Name: COMB1. Na lista Load Combination Type, selecionar Linear Add. Na lista Load Case Name selecionar “g”. No Scale Factor escrever 1,4. Clique em Add. Na lista Load Case Name selecionar “q”. No Scale Factor escrever 1,4. Clique em Add Na lista Load Case Name selecionar “vx”. No Scale Factor escrever 0,84. Clique em Add OK.
- De novo, clique no botão Add New Combo.
- Na janela Load Combination Data: Load Combination Name: COMB2. Na lista Load Combination Type, selecionar Linear Add. Na lista Load Case Name selecionar “g”. No Scale Factor escrever 1,4. Clique em Add. Na lista Load Case Name selecionar “q”. No Scale Factor escrever 1,4. Clique em Add Na lista Load Case Name selecionar “vx”. No Scale Factor escrever -0,84. Clique em Add OK.
- De novo, clique no botão Add New Combo.
- Na janela Load Combination Data: Load Combination Name: COMB3.
- Repetir o processo para os outros vãos do pórtico, demais pórticos nas direções X e Y e para a sobrecarga “q”. Abaixo a maneira de exemplo se apresenta a situação do pórtico central na direção X e a visão final 3D.
Carregamento “g” (pórtico P5-P6-P7-P8) (^) Carregamento “q” (pórtico P5-P6-P7-P8)
- Carregamento lateral. Posicionar-se no plano XY do primeiro nível. Clique no nó do centro de massa do pavimento e logo ASSIGN – Joint Loads – Forçes.
- Na tabela Assign Joint Forces, selecionar “vx” em Load Pattern e colocar o valor de 27.02 na força global X. OK.
- Repetir o processo para o mesmo nó, porém agora na direção Y (Ver figuras abaixo). Cuidar que quando o valor em Y seja inserido, o valor em X seja zero.
- Repetir o processo para cada pavimento.
