Um modelo computacional para a análise global tridimensional da estrutura de edifícios altos de concreto armado com a presença de paredes estruturais

Abstract

A crescente valorização das áreas disponíveis para a construção de edifícios nas grandes cidades tem constantemente elevado a altura das edificações. Nos edifícios altos, a consideração das ações horizontais na verificação da estabilidade da construção passa a ter um caráter essencial. As ações horizontais podem ser absorvidas, basicamente, por dois sistemas estruturais: por uma estrutura composta por pórticos de grande rigidez ou pela combinação de pórticos e paredes estruturais. Dentro deste contexto, esta dissertação trata da análise tridimensional de estruturas de edifícios altos de concreto armado, considerando a presença de paredes estruturais. Ao longo do trabalho é desenvolvido um modelo computacional em linguagem FORTRAN 90, baseado no Método dos Elementos Finitos, para realizar este tipo de análise. O modelo segue as recomendações da NBR6118 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2007). Conforme esta norma, a não linearidade física é considerada de forma simplificada pela redução da rigidez dos elementos através de um fator fixo, função do nível de fissuração esperado A não linearidade geométrica, por outro lado, pode ser considerada de maneira simplificada ou de forma exata a partir de uma formulação desenvolvida por Argyris et al. (1979). No modelo analisado, foram implementados elementos de pórtico espacial para a representação de vigas e pilares, e de casca poliédrica para as paredes e lajes. Com o objetivo de se obter um sistema computacional eficiente, são utilizados recursos como a hipótese de diafragma rígido nos pavimentos e a subestruturação. Tais recursos permitem diminuir o tamanho do problema a ser resolvido, sem, no entanto, perder precisão nos resultados. O desenvolvimento do modelo computacional permitiu uma análise crítica de casos, confrontando as duas alternativas de sistemas para edifícios altos, ou seja, de pórticos com e sem paredes estruturais.

The on going increase in value of available construction sites in big cities has steadily pushing up the height of new buildings. In high-rise buildings, the consideration of lateral loads when stability is verified gains an essential role. Basically, lateral loads can be carried out by two types of structural systems: by a structure composed of high-stiffness frames or by a combination of these frames and shear walls. In this context, this work focuses on 3D analyses of high-rise reinforced concrete buildings with the consideration of shear walls. A computational model based on the Finite Element Method is developed for the analyses, being the model described in detail in the text. The model follows the recommendations given in the Brazilian code NBR6118:2007. According to this code, physical nonlinearities are considered in a simplified manner by decreasing stiffnesses by a fixed factor, which depends on the expected level of cracking. Geometrical nonlinearities, on the other hand, could be considered either in a simplified manner or in an exact approach from the formulation developed by Argyris et al. (1979). In the developed model, spatial frame elements were implemented to represent beams and columns, while polyedric shells would represent shear walls and slabs. Targeting an efficient computational system, the rigid diaphragm hypothesis for the slabs as well as substructuring procedures were demanded strategies. Such means allowed smaller problem sizes to be solved without putting in jeopardy the results’ precision. It is also presented an analysis confronting the two alternatives of systems for high-rise building structures, i.e., frames with and without shear walls.