Observa-se no cenário mundial uma crescente tendência da construção de edifícios de aço. Assim, procurando encontrar a forma mais econômica para a construção, os edifícios projetados estão cada vez mais altos e seus elementos, vigas e pilares, formados por perfis cada vez mais leves. Com isso, são necessários estudos mais avançados para buscar um modelo estrutural que represente o comportamento real dessas estruturas. Este trabalho tem como objetivo discutir e propiciar uma melhor compreensão dos modelos e técnicas de análise estrutural aplicado aos edifícios de aço dando ênfase à influência das ligações. Foi realizado um aprimoramento dos modelos numéricos tridimensionais de ligações de aço e mistas. Foram analisadas três diferentes geometrias de edifícios considerando as não linearidades geométrica e do material, diferentes formas de representação das ligações, consideração das imperfeições geométricas iniciais e imperfeições iniciais de material. Estas análises foram feitas em modelos bidimensionais e tridimensionais. Observou-se grande diferença nos valores de esforços solicitantes e deslocamentos laterais quando a forma de consideração do comportamento semi-rígido das ligações foi variada. / It\'s possible to see that constructions of steel buildings in the world are increasing. Engineers have been trying to build economical constructions. So they have been designing tall buildings using light members. It is necessary new studies to develop structural models that represent structure\'s real behavior. The objective of this work is to discuss and to provide a better understanding of some models and technics used for design steel buildings. It was improved numerical three-dimensional models of steel connections and composite connections. It was analyzed three different geometry of building considering geometrical non-linearity, material non-linearity, different representation of connections, initial geometric imperfections, initial imperfections of material. These analyses were done on bidimensional and threedimensional models. It was noted big difference on internal forces and lateral displacement when was changed the way of representation of connections semi rigid behavior.

Observa-se no cenário mundial uma crescente tendência da construção de edifícios de aço. Assim, procurando encontrar a forma mais econômica para a construção, os edifícios projetados estão cada vez mais altos e seus elementos, vigas e pilares, formados por perfis cada vez mais leves. Com isso, são necessários estudos mais avançados para buscar um modelo estrutural que represente o comportamento real dessas estruturas. Este trabalho tem como objetivo discutir e propiciar uma melhor compreensão dos modelos e técnicas de análise estrutural aplicado aos edifícios de aço dando ênfase à influência das ligações. Foi realizado um aprimoramento dos modelos numéricos tridimensionais de ligações de aço e mistas. Foram analisadas três diferentes geometrias de edifícios considerando as não linearidades geométrica e do material, diferentes formas de representação das ligações, consideração das imperfeições geométricas iniciais e imperfeições iniciais de material. Estas análises foram feitas em modelos bidimensionais e tridimensionais. Observou-se grande diferença nos valores de esforços solicitantes e deslocamentos laterais quando a forma de consideração do comportamento semi-rígido das ligações foi variada. / It\'s possible to see that constructions of steel buildings in the world are increasing. Engineers have been trying to build economical constructions. So they have been designing tall buildings using light members. It is necessary new studies to develop structural models that represent structure\'s real behavior. The objective of this work is to discuss and to provide a better understanding of some models and technics used for design steel buildings. It was improved numerical three-dimensional models of steel connections and composite connections. It was analyzed three different geometry of building considering geometrical non-linearity, material non-linearity, different representation of connections, initial geometric imperfections, initial imperfections of material. These analyses were done on bidimensional and threedimensional models. It was noted big difference on internal forces and lateral displacement when was changed the way of representation of connections semi rigid behavior.

Esse trabalho apresenta um estudo comparativo entre métodos simplificados para avaliação da estabilidade de pórticos planos de aço. Aspectos relacionados à classificação das estruturas de aço quanto à deslocabilidade e sistema de contraventamento são apresentados e discutidos. O tradicional procedimento do comprimento efetivo de flambagem, ainda presente em algumas normas, é confrontado com métodos que empregam forças horizontais fictícias para contabilizar os efeitos desestabilizantes, tais como imperfeições geométricas iniciais e tensões residuais. Uma análise numérica avançada via MEF que permite a modelagem explícita dos efeitos que contribuem para a instabilidade de pórticos é empregada como referência na comparação dos resultados. É avaliada a resposta de pilares isolados, edifícios industriais e de múltiplos andares. Os métodos que empregam forças horizontais fictícias foram considerados adequados, pois além de eliminar o cálculo do comprimento efetivo de flambagem, apresentaram resultados mais consistentes em relação à análise avançada. / Two strategies for assessing steel frame stability and beam-column design are studied and compared. Some aspects related to bracing system and sway or non-sway classification are also discussed. The traditional procedure based on effective lengths are compared with some approaches based on notional loads, which propose a set of notional horizontal loads for account stability effects such as initial geometric imperfections and residual stresses. The results are compared with an advanced analysis using FEM, which consists in an explicit modeling of stability effects. Some industrial and multistory frames are studied and the results show that the notional load based procedures are accurate. These procedures are also practical because the need for effective length factors is eliminated.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Considerando-se um cenário econômico bastante favorável em conjunto com avanços tecnológicos da ciência dos materiais e processos construtivos, nos últimos trinta anos, as cidades brasileiras têm apresentado um crescimento substancial, no que diz respeito à construção de edifícios residenciais e comerciais de múltiplos andares. Nos dias de hoje, estes edifícios apresentam níveis de esbeltez elevados e têm sido construídos com estruturas cada vez mais arrojadas englobando a experiência e o conhecimento dos engenheiros civis. Deste modo, o principal objetivo dos projetistas está associado à concepção de estruturas mais leves, nas quais o projeto estrutural requer um conhecimento teórico substancial, objetivando tornar compatíveis os requisitos arquitetônicos com as condições necessárias para a estabilidade. Assim sendo, o objetivo deste trabalho de pesquisa é o de investigar o comportamento estrutural estático e dinâmico de um edifício misto (aço-concreto) de 20 pavimentos quando submetido às ações dinâmicas do vento não determinísticas. Deste modo, no desenvolvimento do modelo computacional são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa ANSYS. Para tal, o estudo apresenta os resultados de uma análise não linear geométrica para ações de serviço. A resposta dinâmica não determinística do modelo estrutural investigado, em termos dos valores máximos médios dos deslocamentos e das acelerações, foi obtida e comparada com os valores limites propostos por normas e recomendações de projeto. / Considering the favourable economic scenario and technological advances of material sciences and construction processes, in the last thirty years, the Brazilian cities have presented a substantial growth, with respect to construction of residential and commercial multi-storey buildings. Nowadays, these buildings present greater slenderness and have been constructed with more challenging structures that encompass the experience and knowledge of structural designers by using newly developed materials and technologies boosted by the ever-growing investigations on this field. As the structural designer main objective is related to produce increasingly lighter structures its conception requires a substantial amount of theoretical knowledge associated to structural design and construction processes, in order to make compatible the requirements of architecture with the necessary conditions for stability. This way, this research work aims to investigate the static and dynamic structural behaviour of a 20 story steel-concrete composite building, when submitted to the non-deterministic wind dynamic actions. The developed computational model adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations implemented in the ANSYS program. The present study has considered the results of a geometric nonlinear analysis for serviceability limit states. The investigated structural model non-deterministic dynamic response, in terms of displacements and peak accelerations, was obtained and compared to the limiting values proposed by several authors and design standards.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Considerando-se um cenário econômico bastante favorável em conjunto com avanços tecnológicos da ciência dos materiais e processos construtivos, nos últimos trinta anos, as cidades brasileiras têm apresentado um crescimento substancial, no que diz respeito à construção de edifícios residenciais e comerciais de múltiplos andares. Nos dias de hoje, estes edifícios apresentam níveis de esbeltez elevados e têm sido construídos com estruturas cada vez mais arrojadas englobando a experiência e o conhecimento dos engenheiros civis. Deste modo, o principal objetivo dos projetistas está associado à concepção de estruturas mais leves, nas quais o projeto estrutural requer um conhecimento teórico substancial, objetivando tornar compatíveis os requisitos arquitetônicos com as condições necessárias para a estabilidade. Assim sendo, o objetivo deste trabalho de pesquisa é o de investigar o comportamento estrutural estático e dinâmico de um edifício misto (aço-concreto) de 20 pavimentos quando submetido às ações dinâmicas do vento não determinísticas. Deste modo, no desenvolvimento do modelo computacional são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa ANSYS. Para tal, o estudo apresenta os resultados de uma análise não linear geométrica para ações de serviço. A resposta dinâmica não determinística do modelo estrutural investigado, em termos dos valores máximos médios dos deslocamentos e das acelerações, foi obtida e comparada com os valores limites propostos por normas e recomendações de projeto. / Considering the favourable economic scenario and technological advances of material sciences and construction processes, in the last thirty years, the Brazilian cities have presented a substantial growth, with respect to construction of residential and commercial multi-storey buildings. Nowadays, these buildings present greater slenderness and have been constructed with more challenging structures that encompass the experience and knowledge of structural designers by using newly developed materials and technologies boosted by the ever-growing investigations on this field. As the structural designer main objective is related to produce increasingly lighter structures its conception requires a substantial amount of theoretical knowledge associated to structural design and construction processes, in order to make compatible the requirements of architecture with the necessary conditions for stability. This way, this research work aims to investigate the static and dynamic structural behaviour of a 20 story steel-concrete composite building, when submitted to the non-deterministic wind dynamic actions. The developed computational model adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations implemented in the ANSYS program. The present study has considered the results of a geometric nonlinear analysis for serviceability limit states. The investigated structural model non-deterministic dynamic response, in terms of displacements and peak accelerations, was obtained and compared to the limiting values proposed by several authors and design standards.

Esse trabalho apresenta um estudo comparativo entre métodos simplificados para avaliação da estabilidade de pórticos planos de aço. Aspectos relacionados à classificação das estruturas de aço quanto à deslocabilidade e sistema de contraventamento são apresentados e discutidos. O tradicional procedimento do comprimento efetivo de flambagem, ainda presente em algumas normas, é confrontado com métodos que empregam forças horizontais fictícias para contabilizar os efeitos desestabilizantes, tais como imperfeições geométricas iniciais e tensões residuais. Uma análise numérica avançada via MEF que permite a modelagem explícita dos efeitos que contribuem para a instabilidade de pórticos é empregada como referência na comparação dos resultados. É avaliada a resposta de pilares isolados, edifícios industriais e de múltiplos andares. Os métodos que empregam forças horizontais fictícias foram considerados adequados, pois além de eliminar o cálculo do comprimento efetivo de flambagem, apresentaram resultados mais consistentes em relação à análise avançada. / Two strategies for assessing steel frame stability and beam-column design are studied and compared. Some aspects related to bracing system and sway or non-sway classification are also discussed. The traditional procedure based on effective lengths are compared with some approaches based on notional loads, which propose a set of notional horizontal loads for account stability effects such as initial geometric imperfections and residual stresses. The results are compared with an advanced analysis using FEM, which consists in an explicit modeling of stability effects. Some industrial and multistory frames are studied and the results show that the notional load based procedures are accurate. These procedures are also practical because the need for effective length factors is eliminated.

Este trabalho apresenta uma análise comparativa de diferentes sistemas estruturais para um edifício de 20 pavimentos. Cada um dos modelos foi dimensionado através dos princípios do método da análise direta, presente na ABNT NBR 8800:2008. O método da amplificação dos esforços solicitantes (MAES) foi usado para se obter de forma simplificada os esforços atuantes nos elementos do edifício considerando os efeitos locais e globais de segunda ordem. A incidência do vento foi simulada de duas formas diferentes. Na primeira, chamada de uniforme, o vento foi aplicado sem excentricidade, gerando apenas o efeito de tombamento nas estruturas. Na segunda hipótese, considerou-se uma excentricidade devida aos efeitos de vizinhança, prescrita pela ABNT NBR 6123:1988, responsável por ocasionar o tombamento e a torção dos edifícios. Todas as análises numéricas foram repetidas fazendo o uso de outro método simplificado de segunda ordem, conhecido como P-Delta. Por meio dos resultados obtidos, constatou-se que a possibilidade de se reduzir a sobrecarga para o dimensionamento de pilares proporciona uma economia de material, mas, por outro lado, tem como consequência o aumento do tempo de análise, pois exige a utilização de diferentes combinações de cálculo para o dimensionamento de vigas e pilares. A estratégia utilizada para simular os efeitos de vizinhança mostrou-se satisfatória, pois permitiu introduzir de maneira fácil e prática a torção ocasionada pela incidência excêntrica do vento. Observou-se também que esses efeitos ocasionaram o aumento dos momentos fletores e dos deslocamentos das estruturas analisadas. Em relação à avaliação dos efeitos de segunda ordem, comprovou-se que, para a classificação da deslocabilidade, a combinação de cálculo crítica é aquela que possui o maior carregamento gravitacional. Entretanto, para o dimensionamento dos elementos, foi constatado que outras hipóteses de cálculo, principalmente aquelas em que o vento é a ação variável principal, podem ser determinantes. Por fim, foi observado que os resultados obtidos pelo método P-Delta ficaram bastante semelhantes àqueles calculados pelo MAES, com desvios desprezíveis. O MAES, por sua vez, mostrou-se bastante trabalhoso, pois exige a modelagem de diferentes tipos de estruturas para a determinação dos esforços. / This work presents a comparative analysis of different structural systems for a 20-storey building. Each model has been designed using the principles of the direct analysis method (DAM), present in the ABNT NBR 8800:2008. The first-order amplification method (FOAM) was used to obtain, in a simplified manner, the forces acting on the building elements, including local and global second-order effects. The incidence of the wind was simulated in two different ways. In the first case, named uniform, the wind was applied without eccentricity, generating only structure overturning. In the second case, it was considered an eccentricity due to vicinity effects, prescribed by the ABNT NBR 6123:1988, responsible for causing twisting and building overturning. All numerical analysis were carried out a simplified second-order method known as P-Delta. From the results obtained it was found that the reduction of live loads in the design of columns provides material economy, but on the other hand, increases analysis time, since it requires different combinations for beams and columns. The strategy used to simulate the vicinity effects was satisfactory, because it allowed, in an easy and practical way, the consideration of the torsion produced by the wind eccentric impact. It was also observed that these effects increased the bending moments and the displacements of the structures. About the second-order effects, it was shown that, for sway or non-sway classification, the critical combination is one with greatest gravitational loading. However, for the design of the elements, it was observed that other loading conditions can be critical, especially those in which the wind is the main live load. Finally, the results obtained by the P-Delta method were very similar to those calculated by the first-order amplification method. The FOAM was, in turn, very laborious, because it requires the modeling of different types of structures for the determination of the forces.

Este trabalho apresenta uma análise comparativa de diferentes sistemas estruturais para um edifício de 20 pavimentos. Cada um dos modelos foi dimensionado através dos princípios do método da análise direta, presente na ABNT NBR 8800:2008. O método da amplificação dos esforços solicitantes (MAES) foi usado para se obter de forma simplificada os esforços atuantes nos elementos do edifício considerando os efeitos locais e globais de segunda ordem. A incidência do vento foi simulada de duas formas diferentes. Na primeira, chamada de uniforme, o vento foi aplicado sem excentricidade, gerando apenas o efeito de tombamento nas estruturas. Na segunda hipótese, considerou-se uma excentricidade devida aos efeitos de vizinhança, prescrita pela ABNT NBR 6123:1988, responsável por ocasionar o tombamento e a torção dos edifícios. Todas as análises numéricas foram repetidas fazendo o uso de outro método simplificado de segunda ordem, conhecido como P-Delta. Por meio dos resultados obtidos, constatou-se que a possibilidade de se reduzir a sobrecarga para o dimensionamento de pilares proporciona uma economia de material, mas, por outro lado, tem como consequência o aumento do tempo de análise, pois exige a utilização de diferentes combinações de cálculo para o dimensionamento de vigas e pilares. A estratégia utilizada para simular os efeitos de vizinhança mostrou-se satisfatória, pois permitiu introduzir de maneira fácil e prática a torção ocasionada pela incidência excêntrica do vento. Observou-se também que esses efeitos ocasionaram o aumento dos momentos fletores e dos deslocamentos das estruturas analisadas. Em relação à avaliação dos efeitos de segunda ordem, comprovou-se que, para a classificação da deslocabilidade, a combinação de cálculo crítica é aquela que possui o maior carregamento gravitacional. Entretanto, para o dimensionamento dos elementos, foi constatado que outras hipóteses de cálculo, principalmente aquelas em que o vento é a ação variável principal, podem ser determinantes. Por fim, foi observado que os resultados obtidos pelo método P-Delta ficaram bastante semelhantes àqueles calculados pelo MAES, com desvios desprezíveis. O MAES, por sua vez, mostrou-se bastante trabalhoso, pois exige a modelagem de diferentes tipos de estruturas para a determinação dos esforços. / This work presents a comparative analysis of different structural systems for a 20-storey building. Each model has been designed using the principles of the direct analysis method (DAM), present in the ABNT NBR 8800:2008. The first-order amplification method (FOAM) was used to obtain, in a simplified manner, the forces acting on the building elements, including local and global second-order effects. The incidence of the wind was simulated in two different ways. In the first case, named uniform, the wind was applied without eccentricity, generating only structure overturning. In the second case, it was considered an eccentricity due to vicinity effects, prescribed by the ABNT NBR 6123:1988, responsible for causing twisting and building overturning. All numerical analysis were carried out a simplified second-order method known as P-Delta. From the results obtained it was found that the reduction of live loads in the design of columns provides material economy, but on the other hand, increases analysis time, since it requires different combinations for beams and columns. The strategy used to simulate the vicinity effects was satisfactory, because it allowed, in an easy and practical way, the consideration of the torsion produced by the wind eccentric impact. It was also observed that these effects increased the bending moments and the displacements of the structures. About the second-order effects, it was shown that, for sway or non-sway classification, the critical combination is one with greatest gravitational loading. However, for the design of the elements, it was observed that other loading conditions can be critical, especially those in which the wind is the main live load. Finally, the results obtained by the P-Delta method were very similar to those calculated by the first-order amplification method. The FOAM was, in turn, very laborious, because it requires the modeling of different types of structures for the determination of the forces.