A busca por melhorias de produtividade na indústria da construção civil é fundamental para garantia do crescimento sustentável do setor. Nesse sentido, o uso de estruturas de aço na construção de edifícios aparece como uma alternativa interessante às tradicionais estruturas em concreto armado. Essa dissertação tem por objetivo o estudo da produtividade da mão de obra e de equipamentos de içamento na montagem de estruturas de aço para edifícios de múltiplos pavimentos, buscando comprovar a hipótese de que essa produtividade varia em conjunto com alguns fatores que podem ser identificados e que essa variação pode ser quantificada. A pesquisa foi realizada segundo metodologia de Estudo de Caso, sendo que cinco obras compuseram o estudo. Como resultados, observa-se que produtividade potencial da mão de obra variou entre 3,33 e 8,23 Hh/peça ou 11,8 e 33,8 Hh/t e que a produtividade potencial dos equipamentos variou entre 0,38 e 0,53 Eqh/peça ou 1,84 e 2,29 Eqh/t, além de terem se encontrado correlações significativas entre os fatores tonelada/peça, disponibilidade do equipamento de içamento e quantidade relativa de pilares e os indicadores de produtividade. / The search for productivity gains in the construction industry is critical to ensure the sustainable growth of the sector. The use of steel structures for buildings appears as an interesting alternative to the traditional concrete structures. This research aims to study labor productivity and lifting equipments productivity in the erection of steel structures for multistory buildings, trying to prove the hypothesis that productivity indicators are correlated with some identifiable factors and that its variation can be quantified. The research was conducted as a Case Study, in which five construction sites were considered. As a result, it was observed that labor productivity ranged between 3,33 and 8,23 man-hour/piece or 11,8 and 33,8 man-hour/t, and that the equipments productivity ranged between 0,38 and 0,53 equipment-hour/piece or 1,84 and 2,29 equipment-hour/t, and it was found significant correlations between the factors tons per piece, equipment availability and relative number of columns and the productivity indicators.

Este trabalho consiste numa revisão bibliográfica sobre ligações em estruturas de aço. Inicialmente são abordados os dispositivos de ligação, enfatizando os tipos e as características estruturais dos conectores, os processos de soldagem mais empregados nas estruturas de aço e suas implicações. A seguir são apresentados os aspectos mais importantes sobre o comportamento estrutural de parafusos e soldas e a avaliação da resistência com base na norma brasileira NBR 8800 e nas principais normas estrangeiras aplicáveis. Finalmente, são apresentados e discutidos os modelos teóricos clássicos usualmente empregados para a avaliação de solicitações em ligações parafusadas e soldadas. / This work gives a reference review on steel structure connections. First, connection designs are discussed, emphasizing the types of fasteners, their characteristics, the most common employed welding processes for steel structures and the technical implications. It is also presented the most important aspects regarding the structural behaviour of bolts, welds and the strength evaluation based on the Brazilian code NBR 8800, as well as on the main known foreign codes. Finally the classical theoretical analysis often adopted for the evaluation of welded and bolted connections are presented and discussed.

Envolto ao já conhecido comportamento de cantoneiras esbeltas de abas iguais, questões aparentemente contraditórias tem sido reportadas em estudos experimentais de diversos autores, entre elas a ocorrência de modos de instabilidade em desacordo com aqueles obtidos via análise de estabilidade elástica, e forças axiais resistentes muito diferentes dos resultados teóricos (em geral, conservadoramente). Nestas condições, este trabalho procura analisar a fundo o comportamento das cantoneiras esbeltas de abas iguais, de modo a contribuir com o entendimento dos fenômenos que dificultam a interpretação dos resultados experimentais, dentre os quais, o afastamento longitudinal entre a rótula e a extremidade das barras (no caso de barras com extremidades rotuladas), e o sentido da imperfeição global de flexão em torno do eixo de menor inércia, o qual mostrou-se um fator chave na determinação do comportamento das cantoneiras, especialmente para comprimentos próximos da transição entre os dois modos globais de instabilidade elástica. Para esta faixa de comprimentos, diferentes níveis de interação entre os dois modos globais podem ser obtidos. Ademais, estudos experimentais realizados por diversos autores, aqui complementados por uma série de ensaios realizados em cantoneiras com extremidades engastadas, formam um vasto banco de resultados, que é utilizado para (além de comparações nos estudos teóricos) avaliar diversos procedimentos de previsão teórica sugeridos por diferentes autores, ou advindos de interpretações a partir do procedimento normativo, à luz do comportamento teórico estudado na primeira etapa do trabalho. Assim, destes procedimentos, apenas um baseado no Método da Resistência Direta, e dois baseados no Método das Larguras Efetivas demonstraram bons resultados, sendo que todos eles, desconsiderando o modo de flexo-torção como um modo global de instabilidade. Ao fim, comenta-se da necessidade de se expandir alguns estudos específicos, pois ao adotar-se um procedimento baseado somente no modo global de flexão, apesar de se mostrar estatisticamente mais eficiente, verifica-se a possível ocorrência de resultados demasiadamente contra a segurança. / On the well known behavior of equal-leg angle columns, some questions apparently paradoxical have been reported in experimental results from several authors, including the occurrence of different instability modes from the expected by the elastic stability analysis, and maximum axial compressive load expressly different (generally conservative) from theoretical previsions. Therefore, the aim of this work is to improve the knowledge about the equal-leg angle columns behavior, contributing to the understanding of the features that complicate the interpretation of experimental results, among which, the longitudinal distance between the end sections and the center of hinges (pin-ended columns), and also the direction of the minor-axis flexural initial imperfection, which proved to play a key role in the post-critical column behavior, specially for column lengths near of the transition between global buckling modes (major-axis flexural-torsional and minor-axis flexural modes). On this range of lengths, different modal interaction amplitudes can be obtained, only with the direction of the minor-axis flexural initial imperfection (i.e., the amplitude of this imperfection plays a negligible influence on the column behavior). Furthermore, putting together a fairly large column ultimate strength data bank comprising experimental test results performed by several authors, collected from the available literature, and new experimental results on fixed-ended angle columns performed in this work, important comparisons with theoretical studies can be showed as well as evaluation of several ultimate strength theoretical prevision procedures, either those suggested by another authors as those arising from interpretations of normative procedures in the light of theoretical behavior verified in the first stage of labor. In conclusion, only one procedure based on Direct Strength Method and two procedures based on Effective Width Method exhibited accurate results, all of which neglecting the flexural-torsional mode as a global mode. Thus, it is important to mention that some additional studies are needed, because if adopted a procedure based only in the minor-axis flexural mode, despite being statistically advantageous, it is verified the possibility to occurs quite unconservative results.

Este trabalho aborda a introdução da segurança baseada em métodos probabilísticos, aplicados nos cálculos em estados limites, apresentando informações com o objetivo de esclarecer o meio técnico em geral a respeito dos fundamentos teóricos e das vantagens que tal método apresenta frente ao tradicional método das tensões admissíveis. Apresenta-se ainda alguns exemplos de cálculo, mostrando a determinação do índice de confiabilidade e dos coeficientes adotados no método dos estados limites, os quais são calibrados em relação aos tradicionais coeficientes de segurança do método das tensões admissíveis. / This work is about structural safety based in the probabilistic methods, applied in the structural design at limit states. Informations about theoretical background and advantages that this method shows related to traditional allowable stress design method are presented. In addition, some examples are presented, showing the determination of the reliability index and limit states factors, which are adjusted to original safety factors of the allowable stress design method.

Apresenta-se neste trabalho um processo de busca da solução de mínimo peso, para estruturas de aço treliçadas planas utilizando-se seções formadas por perfis comerciais comuns, dimensionadas segundo a norma brasileira para projeto e execução de estruturas de aço de edifícios. Como base do processo de otimização foi utilizado o método do gradiente inteiro, alterando-se alguns critérios, no sentido de melhorar o desempenho e levar em conta a relação não linear entre as características geométricas dos perfis. São abordados os conceitos matemáticos básicos envolvidos no processo de otimização, os de análise de estruturas treliçadas planas, bem como a formulação para o dimensionamento de barras sujeitas a tração ou compressão. São apresentadas ainda as listagens dos programas envolvidos no processo e também exemplos de aplicação para demonstrar a eficácia dos procedimentos utilizados. / This work presents a process to find a least weight solution for two-dimensional trusses composed of available steel sections, according to brazilian code for design and constructions or steel buildings structures. The optimization process is based on the method of integer gradient directions. Some modifications were introduced in order to improve the algorithm and take into account the non-linear relationship between geometric characteristics for steel cross-section. It is also presented the basic concepts of mathematics optimization to design two-dimensional trusses, as well as the formulation for designing members in tension or compression. The program listing used in this process is also presented, as well as some examples, to demostrate the efficacy of the process.

Neste trabalho o comportamento sísmico das partes internas de um equipamento de proteção ambiental é estudado. O equipamento, um precipitador eletrostático, é composto basicamente de uma grande caixa de metal elevada, que contem eletrodos positivos e negativos responsáveis pela coleta de material particulado no fluxo de gases industriais. Esses componentes se comportam como pêndulos. No modelo foram considerados os deslocamentos sísmicos horizontais em duas direções ortogonais. De especial interesse está o fato de os eletrodos terem a liberdade de oscilar no plano de uma direção, mas não no seu plano perpendicular. Serão analisados quatro modelos com um, dois, três graus de liberdade, e um com três graus de liberdade linearizado. O modelo mais completo considera como graus de liberdade e coordenadas generalizadas os dois deslocamentos horizontais, e o deslocamento angular do pendulo. Foi adotada a formulação Lagrangeana para derivar as equações de movimento do modelo. As equações diferenciais do movimento de segunda ordem obtidas apresentam um comportamento não linear. Os movimentos sísmicos, que são estocásticos por natureza, serão simulados por meio de um registro sísmico existente, arbitrariamente escolhido. A obtenção dos parâmetros do modelo a ser estudado é de especial interesse para a melhor previsão do comportamento do equipamento quando solicitado a esforços sísmicos. A integração numérica do modelo matemático é efetuada, sendo posteriormente realizados comparativos entre as respostas dos modelos, quando submetidos tanto a vibração livre, como a um sismo real já registrado, arbitrário. / In this work, the seismic behavior of the internal parts of an environmental control equipment is studied. The equipment, an electrostatic precipitator, is basic composed of an elevated large steel box, containing positive and negative electrodes that capture powdered material of industrial effluent gases. These internal components behave essentially as pendula. In the mathematical model seismic motions in two orthogonal directions are considered. It is interesting to realize that the pendular electrodes are free to swing in one plane but not in the other plane. Four increasingly complex nonlinear models are analyzed, with one, two and three degrees of freedom, as well as one 3-degree-of-freedom linearized model. The generalized coordinates of the most complete model are the two horizontal displacements of the top mass and the angular motion of the pendulum. Lagranges formulation is used to derive the equations of motion of the models. These are second order nonlinear ordinary differential equations. The base seismic motions, that are stochastic in nature, are replaced by a arbitrarily chosen existing seismic record. The models parameters are carefully chosen to a good prediction of the equipment under seismic support excitation. Numerical integration of the mathematical model is performed, and comparisons are made of the several models response submitted to free vibrations and to an existing seismic record.

O valor do momento crítico à flambagem lateral de vigas em regime elástico-linear é geralmente obtido na literatura técnica por meio de teorias aproximadas e definido apenas para alguns casos usuais. Entretanto, a utilização de modernas técnicas computacionais permite que o estudo da flambagem lateral não fique restrito apenas a esses casos. O objetivo deste trabalho é determinar o valor do momento crítico de vigas de aço em regime elástico-linear para diversos casos de carregamento e de vinculação, por meio de uma Teoria Não-Linear Geometricamente Exata. Estes resultados são comparados aos obtidos com o emprego de expressões baseadas em teorias aproximadas, em particular as normas de projeto NBR8800:1986, prAISC-LRFD:2003, prEN1993-1-1:2002 Stage 54 e prEN1999-1-1:2004 Stage 54. Com o emprego do programa de elementos finitos PEFSYS, realiza-se, para vigas tipo I bissimétricas, uma análise paramétrica que incorpora a faixa usual de utilização destas vigas em projetos usuais de edifícios. Estuda-se a influência da restrição ao empenamento e à rotação no plano ortogonal ao da flexão para quatro condições de vinculo nas extremidades da viga. Consideram-se ainda alguns casos adicionais, como carga aplicada fora do centro de torção e vínculos ao longo do vão, para mostrar o potencial do método de análise utilizado. / The elastic lateral buckling moment is generally obtained in technical literature by means of approximated theories, and defined just for some common cases. However, the use of recent computational techniques allows that lateral-torsional buckling’s study doesn’t remain restricted to this few cases. The intend of this work is to establish accurate values for the elastic critical moment of steel beams in several cases of loading and end-restraint, using a Geometrically Exact Nonlinear Theory. This results are compared with the ones derived from approximate theories, in particular, Brazilian code NBR8800:1986, American Specification prAISC-LRFD:2003, and European Prestandards prEN1993-1-1:2002 Stage 54 and prEN1999-1-1:2004 Stage 54. A parametrical analysis is performed for doubly-symmetric I-beams using the finite element program PEFSYS for usual range in conventional structures. The influence of warping and lateral rotation restraints is studied for four idealized support conditions. Some other cases, like transverse load applied above and below shear center and presence of bracings along the span, are accounted of to corroborate the validity and the powerful of this procedure.

Nesta dissertação de mestrado se discorreu sobre o dimensionamento de vigas e pilares de aço em situação de incêndio. Foi apresentada a formulação para o dimensionamento em incêndio, esclarecendo sua origem. Tem-se como objetivo principal a elaboração de uma ferramenta computacional, que foi chamada de AçoInc, capaz de calcular os esforços resistentes de perfis de aço à temperatura ambiente, segundo a ABNT NBR 8800:2008, e em situação de incêndio, segundo a ABNT NBR 14323:2013. Por meio de AçoInc, é possível se determinar a temperatura do perfil de aço em situação de incêndio, seguindo o modelo de transferência de calor ABNT NBR 14323:2013, com base na curva de incêndio-padrão associada ao tempo requerido de resistência ao fogo (TRRF) e no modelo do incêndio natural, empregando-se as curvas paramétricas do Eurocode 1 (2002). Por meio dos recursos acoplados a ferramenta, foram realizados alguns estudos. O primeiro é estudo probabilístico de ruínas de pilar e de viga de aço em situação de incêndio considerando o incêndio paramétrico por meio do método de Monte Carlo. Outro estudo é a realização de análises de sensibilidade paramétrica para verificar a influência das dimensões do perfil, das variáveis que compõem o incêndio natural e das propriedades associadas à transferência de calor nos esforços resistentes. Para esse estudo, além das planilhas, empregou-se o programa de computador Statgraphics Centurion XV (2007), que contém recursos de análises estatísticas. Empregando a ferramenta, também foi verificada a equivalência entre curvas paramétricas e curva de incêndio-padrão na obtenção da temperatura do aço em situação de incêndio. Para o uso do incêndio paramétrico, propuseram-se coeficientes de ponderação com base no método do tempo equivalente detalhado na ABNT NBR 14323:2013. Por último, com o auxílio das planilhas de AçoInc, foram criadas ferramentas simples não computacionais para a determinação das temperaturas críticas para pilares e vigas em algumas situações construtivas de interesse prático. Desses estudos concluiu-se que a temperatura do aço é o parâmetro mais importante na determinação dos esforços resistentes das estruturas de aço em situação de incêndio, que a formulação atual para a modelagem do incêndio paramétrico conduz a uma variação da temperatura do incêndio com o grau de ventilação com indesejável descontinuidade e que os dados encontrados na literatura internacional sobre probabilidade de ocorrência de incêndio e flashover levam a valores de probabilidade de ruína estrutural muito diferentes entre si. / The issue of this Master Dissertation is the design of steel beams and columns in fire situation. The formulation for the design in fire was presented, explaining its origin. The main objective is the development of a computational tool, which was called AçoInc, able to calculate the resistances of steel elements at room temperature according to ABNT NBR 8800:2008 and in case of fire according to ABNT NBR 14323:2013. The temperature of the steel element in fire is also obtained through the AçoInc, following the heat transfer model of ABNT NBR 14323:2013 and basing on fire curves. These curves are the standard fire curve associated with the required fire resistance time and parametric curves for natural fire model of Eurocode 1 (2002). With the support of spreadsheets, some studies were performed. The first one is probabilistic study of failure of column and beam in fire situation considering the parametric fire and by means of the Monte Carlo method. Other study is parametric sensitivity analyses, which were performed to verify how the resistances are influenced by the dimensions of cross section, the variables of the natural fire and the properties associated with heat transfer. For this study, in addition to spreadsheets, we used the Software Statgraphics Centurion XV (2007), which contains resources of statistical analysis. Applying the spreadsheets, the equivalence between parametric curves and fire standard curve in the obtention of the steel temperature in the fire situation was verified. For the use of parametric fire, partial factors, based on the equivalent time method detailed on ABNT NBR 14323:2013 were proposed. At last, with the assistance of spreadsheets, simple non-computational tools were created for determining the critical temperatures for columns and beams in some constructive situations of practical interest. Some conclusions from these studies are that the steel temperature is the most important parameter in determining the resistance of steel structures in a fire situation, that the current formulation for parametric fire modeling leads to a variation of the fire temperature in function of the opening factor with undesirable discontinuity and that the data found in the international literature about probability of fire and flashover lead to divergent values of structural failure probability.

No Brasil é comum a utilização de barras tubulares com extremidades estampadas na confecção das treliças metálicas espaciais, uma vez que representam uma significativa redução de custos, quando comparado a sistemas mais elaborados, devido a sua simplicidade de fabricação e montagem, entretanto trata-se aparentemente de um sistema precário do ponto de vista estrutural, merecendo estudos que estabeleçam critérios para uma utilização segura. Neste trabalho são apresentadas análises teóricas e experimentais destas estruturas, onde foi analisada a situação construtiva usual de treliça com nós típicos (extremidade das barras estampadas, sobrepostas e unidas por um único parafuso), e com nós de aço (sistema de conexão formado por uma peça com aletas de aço soldadas). Os resultados experimentais foram obtidos em ensaios de quatro protótipos que simulam um trecho de treliça espacial, constituídos por uma malha quadrada sobre quadrada, composta de nove módulos piramidais de 2,5 x 2,5 x 1,5 (m), totalizando uma estrutura com dimensões iguais a 7,5 x 7,5 x 1,5 (m), apoiada por colunas nos vértices, permitindo comparar a rigidez, o modo de falha e a resistência entre estes protótipos. A análise teórica dos protótipos foi feita admitindo-se os casos de linearidade e também de não linearidade física e geométrica, levando-se em consideração a variação de inércia das barras junto aos nós. / In Brazil the use of tubular bars with stamping extremities is common in space steel structures, as it means a significant reduction of cost, when caompared with more elaborete system, due to its simplicity of manufacture and assembly. However it is apparently an uncertain system from a structural point of view, which requires studies establishing safe utilization criteria. This paper presents theorical and experimental analysis of this structures. The usual constructive situation of space structure with \'nós típicos\' (bars with flattened ends, superposed and connected by a unique bolt), and \'nós de aço\' (connection system formed by a piece with steel fin welded) was studied. The experimental results were obtained in tests of four prototypes which simulated a section of space structure composed of a mesh squareon- square, with nine 2.5 x 2.5 x 1.5 (m) pyramidal modules, totaliing a structure with 7.5 x 7.5 x 1.5 (m) dimensions, supported by columns in their vertices, permiting to compare the stiffness, the failure manner and the resistance of this prototypes. The theorical analysis of prototypes was carried out by assuming the cases of linearity and physical and geometric non-linearity, taking into consideration the variation of stiffness of the bars next to the nodes.

Neste trabalho desenvolve-se uma formulação teórica consistente para a análise não-linear, física e geométrica, de pórticos planos de aço, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), considerando barras com imperfeições iniciais e tensões residuais nas suas seções transversais, visando analisar os critérios de resistência adotados para projeto das colunas de aço, baseados no conceito de resistência-última, e estudar o comportamento não-linear dos pórticos de aço considerando estes dois fatores. São feitas considerações qualitativas sobre a influência das imperfeições iniciais e das tensões residuais no cálculo da resistência das colunas. e é dada uma visão geral sobre a evolução dos critérios usados na prática para dimensionamento das colunas de aço. Apresenta-se o desenvolvimento da teoria geral, que leva em conta a presença das tensões residuais auto-equilibradas nas equações de equilíbrio do elemento. Este desenvolvimento é feito dentro de uma formulação Lagrangiana utilizando a técnica corrotacional para a dedução consistente da matriz de rigidez tangente do elemento de pórtico plano com imperfeição inicial. Para implementação desta formulação é desenvolvido um programa em linguagem FORTRAN para micro-computador capaz de fazer a análise não-linear elasto-plástica de pórticos planos, baseado num processo incremental-iterativo. Utiliza-se o modelo de fatias para avaliar os coeficientes de rigidez do elemento, modelo este que se mostrou bastante adequado, permitindo o acompanhamento da plastificação ao longo da altura da seção e a consideração de qualquer modelo de distribuição das tensões residuais. Finalmente, os exemplos apresentados mostram a grande potencialidade da formulação desenvolvida. São analisados vários casos cujos resultados são comparados com os obtidos por outros autores, demonstrando a precisão e correção da teoria proposta. A aplicação na análise de pórticos de andares múltiplos confirma a validade da formulação e demonstra a sua aplicabilidade nos casos práticos. / A consistent finite element formulation to consider material and geometric nonlinearities of steel plane frames is presented. Residual stresses and initial imperfections are considered to evaluate steel columns failure criteria based on the ultimate strength and also to investigate the nonlinear behavior of steel plane frames. Some qualitative considerations are made on the initial imperfections and residual stresses influence on the practical steel columns design. A general theory considering self equilibrated residual stresses is developed based on the Lagrangian formulation. Corotacional technique is used to obtain the tangent stiffness matrix of plane frame taking the initial imperfection into account. A stand alone code has been written in FORTRAN and implemented on a microcomputer platform to perform incremental-iterative analysis of nonlinear elastoplastic plane frame problems. The frame element is made up of layers such that the plastic region can be readily identified and any kind of residual stresses through the cross section area can be taken into account in the analysis. Some examples are presented and their results compared to others in the literature. The multistory building analyses using the plane frame element presented in this research has shown to be very effective and useful to practical applications.