[pt] As vigas casteladas estão sujeitas aos modos de falha devido a plastificação (plastificação do tê e mecanismo de Vierendeel) e flambagem (flambagem do montante da alma e flambagem do tê). O tê é a parte da seção transversal na localização da abertura e o montante da alma a região entre duas aberturas adjacentes. Esses modos de falha são tratados no manual do AISC (Design Guide 31) de vigas casteladas como modos individuais. Nesse manual, os esforços locais no tê são calculados através de uma analogia com a viga Vierendeel e a interação entre os modos de falha nessa região são considerados a partir de uma equação de interação. Embora estas verificações estejam coerentes, esse dimensionamento pode ser demasiadamente conservador por não considerar outros fatores como, por exemplo, a resistência pós-crítica. Todavia, estes fatores só podem ser considerados a partir de análises não lineares incluindo a não linearidade do material, não linearidade geométrica e imperfeição geométrica inicial. O presente trabalho tem por objetivo investigar os modos de falha das vigas casteladas do tipo Litzka travadas ao longo do comprimento, descartando assim, modos de falha por flambagem lateral com torção, usando o método dos elementos finitos. Neste trabalho, são avaliadas a influência da interação entre os elementos constituintes da seção transversal (isto é, mesa e alma), a interação entre modos de falha individuais e a reserva de resistência pós-crítica. Foi desenvolvida uma equação semi-analítica relacionando os parâmetros não dimensionais da seção transversal e a razão momento/cortante. Desse modo, foi possível classificar uma dada viga castelada, com geometria e carregamento, quanto ao seu comportamento dominado pela flexão (viga longa) ou pelo cisalhamento (viga curta). Em conjunto com uma esbeltez não dimensional (dependendo da carga crítica e da carga de plastificação) inspirada no Método da Resistência Direta. A partir destes parâmetros foi possível definir um mapa, que permitiu ordenar os modos de falha em regiões predeterminadas. Finalmente, foi realizado um estudo paramétrico, variando a geometria da viga castelada e considerando diferentes razões momento/cortante. Com base nesses resultados foi proposta uma equação do tipo Winter para obter a capacidade a flexão e ao cisalhamento de vigas casteladas com geometrias usuais. / [en] Castellated beams may experience failure modes associated to plastification (plastification of the tee section and Vierendeel mechanism) and buckling (webpost buckling and tee torsional buckling). The term tee is used to refer to the section described by the portion of the web and the flange where there is an opening and web-post is the portion of the section between two adjacent openings. The AISC design Guide 31 addresses each of these modes separately. There, the local forces in the tee section are calculated by an analogy to a Vierendeel beam and the interaction between the failure modes in the tee section is accounted for by an interaction equation. Although this methodology is consistent, it can be excessively conservative because it does not account for other factors, such as, the post-buckling resistance. However, these factors can only be assessed when nonlinear simulations including both material and geometry nonlinearities and initial imperfection are considered. The present work aims to investigate the failure modes of laterally braced Litzca-type castellated beam using the finite element method. In this work, aspects such as mutual influence of the constituent parts to the behavior (i.e., flange and web), interaction of individual modes and post-buckling reserve of strength were evaluated. A semi analytical equation based on geometrical non dimensional parameters and on the ratio of moment and shear load was developed. This way, a given castellated beam could be classified by its geometry and load in relation to the flexure (long beam) or shear behavior (short beam). In addition, together with a non-dimensional slenderness (depending on the plastic and buckling loads) inspired in the Direct Strength Method, a map was created that allowed the organization of the failure modes in pre-defined regions. Finally, a parametric study was carried out varying the geometry of the castellated beam and considering different ratios of moment to shear loads. Based on these results, a Winter-type equation was proposed to assess the load capacity of beams with typical geometries.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo das ligações viga x coluna em estruturas de aço. As ligações são classificadas como: flexíveis, com alta capacidade de rotação, rígidas, que transmitem todo o momento de engastamento perfeito, e, situadas em um nível intermediário, as semi-rígidas, que são mais compatíveis com o comportamento real. Posteriormente, é mostrado detalhadamente o método de projeto de ligações mais usual, a partir de um sistema de trajetória de forças. Este conceito é baseado na identificação e dimensionamento de todos os elementos que compõem uma ligação, garantindo-se a compatibilidade entre o comportamento destes e as premissas assumidas no projeto estrutural. A influência das ligações no projeto global de pórticos deslocáveis e indeslocáveis também foi estudada neste trabalho. Foram analisados os processos de dimensionamento de pórticos deslocáveis com ligações rígidas, indeslocáveis com ligações flexíveis, deslocáveis com ligações semi-rígidas e, mais detalhadamente, de pórticos indeslocáveis com ligações semi-rígidas, estes últimos adotados neste trabalho.Objetivou-se o desenvolvimento de um módulo de dimensionamento e detalhamento automático de procedimentos de análise e projeto de ligações através de uma interface gráfica tridimensional. Esta interface permite ao usuário tanto o dimensionamento de ligações preexistentes, quanto a criação de novos modelos. Esta criação é feita através do conceito “building up”, ou seja, da montagem passo a passo, peça a peça da ligação, em procedimentos simples do tipo “arrastar e soltar”. Definida a ligação, procede-se com a sua identificação através de comparação com um “banco de ligações viáveis” e seu posterior dimensionamento. Como resultados finais, o módulo fornece uma memória de cálculo, uma estimativa de custos e o detalhamento completo da ligação no padrão DXF, “AutoCAD Drawing Interchange File”. Uma avaliação do comportamento semi-rígido da ligação, através do método dos três parâmetros, proposto por Chen [CHEN85], também é apresentado. / [en] This work presents an investigation of beam vs. column connections in steel structures . The steel connections can be classified as: flexible, with high rotation capacity, rigid, that fully transmit beam ends moments to the column, and semi-rigid, an intermediate level between the two above mentioned, more compatible with the real behavior. A description of the traditional method for connections design, using the forces path method is also presented. This concept, based on the identification and design of all the elements that compose a connection, is guaranteed by the compatibility among the behavior of the connection parts and the hypothesis assumed in the structural design. The influence of the connections in the global design of sway and non-sway frames is also depicted in this work. The design processes of sway frames with rigid connections, non-sway frames with flexible connections, sway frames with semi-rigid connections and, non-sway frames with semi-rigid connections, these last ones adopted in this work, are discussed in this investigation. The main objective of this work was the development of an automatic connection´s design and detailing module through a three- dimensional graphic interface. This interface allows the user to design standardized connections, as well as create new models. The creation of a new connection is made through a building up concept, with a step by step assembly, using simple drag and drop procedures. The identification of the newly crated connection is made through a comparison with a viable connections database. This is followed by the complete structural design of the connections. As final results, the program supplies a detailed description of the design procedures, costs estimation and the complete connection detailing in a standard DXF, AutoCAD Drawing Interchange File. An evaluation of the connection´s semi-rigid behavior, through the three parameters method, proposed by Chen [CHEN85], is also described and discussed. / [es] Este trabajo presenta un estudio de las ligaduras viga x columna en extructuras de acero. Las ligaduras son clasificadas como: flexíveis, con alta capacidade de rotación, rígidas, que transmiten todo o momiento de desgaste perfecto; y situadas a un nível intermediário, las semirígidas, que son más compatibles con el comportamiento real. Posteriormente, se muestra detalladamente el método de proyecto de ligaduras de mayor uso, a partir de un sistema de trajectoria de fuerzas. Este concepto tiene como base la identificación y dimensionamiento de todos los elementos que componen una ligadura, garantizando la compatibilidad entre el comportamiento de éstos y las premisas asumidas en el projecto extructural. La influencia de las ligadura en el proyecto global de pórticos deslocables e indeslocables también fue estudiada en este trabajo. Se analizaron los procesos de dimensionamiento de pórticos deslocables con ligaduras rígidas, indeslocables con ligaduras flexibles, deslocables con ligaduras semirígidas y, más detalladamente, de pórticos indeslocables con ligaduras semirígidas, estes últimos adoptados en este trabajo. El objetivo propuesto era el desarrollo de un módulo de dimensionamiento y detallamiento automático de procedimientos de análise y proyecto de ligaduras, a través de una interface gráfica tridimensional. Esta interface permite al usuario tanto el dimensionamiento de ligaduras pre-existentes, como la creación de nuevos modelos. Esta creación se realiza a través del concepto building

[pt] Este trabalho descreve um sistema gráfico interativo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para o ensino e automatização das tarefas de projeto estrutural de pórticos planos. No trabalho foram incorporadas as tarefas de dimensionamento de estruturas de aço segundo a Norma Canadense de projetos de estruturas de aço de edificações - CAN/CSAS16.1-94. A integração completa das fases de pré- processamento, análise estrutural, pósprocessamento e dimensionamentos, através de uma interface amigável e eficiente, cria um ambiente onde os resultados de um passo da modelagem podem ser interpretados pelo estudante e usados como informação para determinar as modificações de modelagem no passo seguinte. Ao testar diferentes concepções estruturais, acredita-se que os estudantes podem vir a compreender melhor o comportamento estrutural e as fases de dimensionamento dos pórticos. Com as implementações realizadas no programa FTOOL, os estudantes de engenharia e os engenheiros civis executam um projeto estrutural com maior rapidez. Isso se deve ao fato de que diversas análises podem ser realizadas em um curto espaço de tempo para uma mesma estrutura, testando-se diferentes tipos de perfis metálicos. Com tal recurso, o usuário define uma estrutura mais econômica que pode atender com segurança as solicitações previstas em projeto. Pode-se também testar possíveis padronizações de elementos visando uma facilidade de fabricação e montagem. Os critérios de dimensionamento implantados no programa permitem aos usuários não só a automatização das etapas, bem como explorar melhor as possibilidades de entendimento dos modos de ruína dos elementos estruturais e dos parâmetros controladores do dimensionamento da estrutura metálica. Estas etapas compreendem desde a determinação da classe até a cálculo dos estados limites últimos e de utilização dos perfis pertencentes à estrutura. Estas verificações são feitas através da visualização dos resultados realizados na estrutura como um todo ou através de consultas individuais, barra a barra. A memória de cálculo gerada pelo programa auxilia os alunos no entendimento de todas as etapas do processo de dimensionamento estrutural em aço. / [en] This work describes an interactive graphic system, FTOOL (Frame Analysis Tool), for teaching and automation of frame structural design process. The system uses design recommendation presents in the Canadian Standard "Limits States of Steel Structures" - CAN/ CSA-S16.1-94. The complete integration of pre-processing, structural analysis, post-processing, and design is achieved through a friendly and efficient user-interface. The results of a step by step modeling can be accessed by the students and used as information to determine the modeling modifications in the following step. When testing different structural conceptions, it is believed that the students can substantially improve the learning process of structural behaviour and design. With the implementations accomplished in the FTOOL program, Civil Engineering students and designers can speed up the structural design process. Several solutions can be tested in a short space of time, leading to a more economic structure. The program also enables the use of standard elements, which makes the fabrication and construction phases easier. The design requirements implemented in the program allow users not only the automation of the design stages, but also to explore the possibilities of understanding better the ultimate states limits that govern the behavior of the structural elements. The design process ranges from the section class determination to the accessment of ultimate limits states. These verifications are made through the results visualization of the global structure or through an individual quering of each structural member. A full description of the design process is generated by the program helping the students to understand all the stages of steel design. / [es] Este trabajo describe un sistema gráfico interactivo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para la enseñanza y automatización de las tareas del proyecto extructural de pórticos planos. En este trabajo se consideran las tareas de dimensionamiento de extructuras de acero según la Norma Canadiense de proyectos de extructuras de acero en edificaciones - CAN/CSA-S16.1-94. La integración completa de las fases de preprocesamiento, análisis extructural, posprocesamiento y dimensionamientos, a través de una interface amigable y eficiente, crea un ambiente donde los resultados de un paso de la modelaje pueden ser interpretados por el estudiante y utilizados como información para determinar las modificaciones del paso siguiente. Experimentar diferentes concepciones extructurales lleva a los estudiantes a una mejor comprensión del comportamiento extructural y de las fases de dimensionamiento de los pórticos. Con las implementaciones realizadas en el programa FTOOL, los estudiantes de ingeniería y los ingenieros civiles ganarán rapidez en la ejecució de un proyecto ya que es posible realizar varias análisis en un corto espacio de tiempo para una misma extructura, probando diferentes tipos de perfiles metálicos. Con tal recurso, el usuario define una extructura más económica que puede atender las solicitudes previstas en el proyecto. El sistema permite también, probar posibles padronizaciones de elementos con el objetivo de facilitar la fabricación y el montaje. Los criterios de dimensionamiento implantados en el programa permiten a los usuarios no solo automatizar las etapas sino también explorar mejor las posibilidades de entender los modos de ruína de los elementos extructurales y los parámetros controladores del dimensionamiento de la extructura metálica. Estas etapas comprenden desde la determinación de la clase hasta el cálculo de los estados límites últimos y la utilización de los perfiles de la extructura. Los resultados realizados en la extructura pueden ser visualizados como un todo o a través de consultas individuales, barra a barra. La memoria de cálculo generada por el programa auxilia a los alumnos en el estudio de todas las etapas del proceso de dimensionamiento extructural en acero.

[pt] As ligações estruturais desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Muitos ensaios experimentais desta ligações têm sido desenvolvidos para que se possa avaliar corretamente a influência dos parâmetros físicos e geométricos que influenciam no comportamento destas ligações. Hoje em dia, as ligações no eixo de menor inércia da coluna de pórticos contraventados são dimensionadas como flexíveis. Maiores problemas ocorrem quando este contraventamento não é possível e as ligações rígidas são utilizadas. Todavia, garantir que esta ligação tenha um comportamento rígido, principalmente no eixo de menor inércia, é algo um tanto quanto discutível. Sendo assim, a utilização de ligações semi-rígidas tornou-se viável porque tem um comportamento estrutural que melhor se aproxima da realidade e ainda possibilita uma diminuição do preço final da estrutura. Este trabalho apresenta uma avaliação do comportamento estrutural de ligações viga-coluna em estruturas de aço no eixo de menor inércia. Uma investigação dos modelos existentes de ligações semi- rígidas na literatura foi realizada e identificou dois modelos estruturais fundamentais para esta investigação: o de Kishi e Chen para o eixo de maior inércia e o de Teixeira Gomes para a menor inércia. Os sistemas de classificação de ligações existentes foram avaliadas mas ainda não se tem conhecimento de um sistema específico para o eixo de menor inércia ou da validade do uso dos sistemas de classificação gerados para maior inércia quando aplicados na menor inércia. Uma análise experimental onde três ensaios de ligação de aço viga x coluna, em escala real foi executada. Esta análise possibilitou a determinação da curva momento x rotação, resistência a flexão da ligação, evolução das tensões e deformações e possíveis modos de ruína. O presente trabalho também propõe um modelo preliminar de ligação semi-rígida com dupla cantoneira de alma e cantoneira de apoio, ou enrijecedor, no eixo de menor inércia visando sua utilização em edificações de estruturas de aço. Uma validação deste modelo preliminar foi realizada através de uma comparação com os resultados experimentais gerados. / [en] Connections perform a fundamental hole in the steel structure´s global behaviour. In order to evaluate the real influence of the physical and geometrical parameters that controls their behaviour, many experimental tests and analysis have been developed but a definitive answer to the problem in question still stands. Nowadays, the non-sway portal frame design still adopts bolted flexible connections in the column´s minor axis. Unfortunately, in the case of sway frames, the majority of connections are rigid, despite the fact that rigid connections have higher costs and rigid connections in the column minor axis have questionable true behaviour. To overcome these difficulties the use of semi-rigid connections can decrease the global structure cost, having an extra advantage of being closer to reality. This background served as motivation for the present investigation on the an evaluation of the structural behaviour of beam-column semi-rigid steel connections working in the column minor axis. A literature survey on the semi-rigid models currently in use in literature was accomplished. Two fundamental structural models were identified: the Kishi and Chen model for the bending on the column major axis and the model proposed by Gomes for the minor axis bending. A specific connection classification system developed for the major axis for the column minor axis was not found in the literature. The use of general classification for this task still deserves a validations study. An experimental programme consisting of three full scale tests of beam to column connections was carried out. This analysis enable the assessment of the moment versus rotation curve, moment capacity of the connection, stress patterns, strains and collapse mechanisms. This work also presents a preliminary semi-rigid model for the column´s minor axis, made with a double web angle and a support angle or a stiffner. A validation study of this preliminary model was accomplished through a comparison with the acquired experimental results. / [es] Las ligaduras extructurales desempeñam un papel fundamental en el comportamiento global de las extructuras de acero. Muchos ensayos experimentales han sido desarrollados para poder evaluar correctamente la influencia de los parámetros físicos y geométricos que influeyen en el comportamiento de estas ligaduras. Hoy en dia, las ligaduras en el eje de menor inercia de la columna de pórticos contraventados son dimensionadas como flexíbles. Mayores problemas ocurren cuando este contraventamento no es posible y se utilizan ligaduras rígidas. Pero garantizar que esta ligadura tenga un comportamiento rígido, principalmente en el eje de menor inercia, es algo bastante discutible. Así, la utilización de ligaduras semi-rígidas se hizo posible, porque tiene un comportamiento extructural que se aproxima mejor de la realidad y posibilita una diminuición del precio final de la extructura. Este trabajo presenta una evaluación del comportamiento extructural de ligaduras viga-columna en extructuras de acero en el eje de menor inercia. Se realizó una investigación de los modelos existentes de ligaduras semirígidas en la literatura y se identificó dos modelos extructurales fundamentales para esta investigación: el de Kishi y Chen para el eje de mayor inercia y el de Teixeira Gomes para el de menor inercia. Los sistemasde clasificación de ligaduras existentes fueron evaluados pero aún no se tiene conocimiento de un sistema específico para el eje de menor inercia o de la validad del uso de los sistemasde clasificación generados para mayor inercia cuando aplicados en menor inercia. Un análisis experimental donde tres ensayos de ligadura de acero viga x columna, en escala real fue ejecutada. Este análisis posibilitó la determinación de la curva momento x rotación, resistencia a la fexión de la ligadura, evolución de las tensiones y deformaciones y posibles modos de ruína. El presente trabajo propone un modelo preliminar de ligadura semirígida con dupla esquinera de alma y de apoyo, o enrijecedor, en el eje de menor inercia con el objetivo de utilizarlo en edificaciones de extructuras de acero. Una evaluación de este modelo preliminar fue realizada através de una comparación con los resultados experimentales generados.

Работа посвящена изучению работы сварных двутавров с гофрированной стенкой в качестве элементов многоэтажных рамных каркасов различного назначения. Проанализированы существующие практические решения таких конструкций, обобщены теоретические подходы и методики расчета изгибаемых и внецентренно-сжатых элементов с гофрированной стенкой. Приведен пример численного расчета многоэтажного рамного каркаса, состоящего из ригелей и колонн с гофрированными стенками. Разработаны узлы крепления элементов каркаса друг к другу и к смежным конструкциям. В рамках исследования установлено, что применение сварных двутавров с гофрированной стенкой позволяет снизить металлоемкость реализации решения как для ригелей, так и для колонн многоэтажных рам зданий без снижения требуемой несущей способности и эксплуатационной надежности конструкции. / Present work is devoted to the study of the operation of welded I-sections with a corrugated web as elements of multi-storey frame structures for various purposes. The existing practical solutions for such structures are analyzed, theoretical approaches and methods for calculating of bending and eccentrically compressed elements with a corrugated web are generalized. An example of a numerical calculation of a multi-storey frame structure consisting of girders and columns with corrugated webs is given. The joints for fastening the frame elements to each other and to adjacent structures have been developed. Within the framework of the study, it was found that the use of welded I-sections with a corrugated webs makes it possible to reduce the metal consumption of the solution as for girders and as columns of multi-storey building frames without reducing the required bearing capacity and operational reliability of the structure.

The special condition in the Anchorage, Alaska draws my attention when I traveled to this place. The downtown area is in the far north of the city, it is an interesting point to develop the lifestyle and living condition for the people stay in the northern city. My thesis starts from the research on the surrounding areas and determines what function of the building suits the site the best. Besides, the shape of the building has some extensions and elevations in order to emphasize the connection between the building and the surrounding spaces. Whats more, the design of the square and the interior parking space are based on the research of the special weather condition in the Anchorage, Alaska. Throughout the various stages of the design, the final project has the steel structure for the primary structural system and metal perforated board for the elevation to balance the huge body of the building. The feature of the project's function and programmatic needs are based on the connections between the site and the surroundings. / Master of Architecture

Diploma thesis deals with construction-technological project of prefabricated steel hall. I put emphasis on technological process of foundation structures. The time schedule of all processes, the cost estimation budget, the inspection and testing plan and the machine set designing are also contained. The building site equipment for excavation and rough superstructure and the coordination plan drawing with transportation roads is designed.

Work deals with variant design of steel structure of ice hockey stadium located in Opava. It is a three-aisled hall with shape consists of intersection of ellipse and rectangle with dimensions 70 x 82m. The roof has cylindrical shape with approx. 50 m radius. The building is about 14 m high. Object is divided to three parts – main aisle and two side aisles. The main aisle contains of a rectangle of dimensions 40 x 42 m and two semicircles of radius approx. 20 m. Frames of main aisle are made of arc roof truss connected to steel plate columns. The side aisles with rectangular shape with dimensions 15 x 42 m are connected to main aisle. The structure of side aisle is made of a sloped roof truss. Longitudinal bracing and cross bracing are used to obtain spatial rigidity of the structure. Roof and wall cladding is made of Kingspan sandwich panels.

The aim of diploma thesis is to design steel roof structure of minimum dimensions 45 m x 50 m and minimum height 12 m. The plan of the building design has dimensions of 52,14 m x 70, 00 m and height is 18,68 m. The roofing was design as 3D truss girders with two lower chords and one upper chord. The shape of 3D truss girder consists of three circular arcs of radius 69,88m, 12,43 m and 33,45 m. Between main girders is 3D bracing. The structure is pin-supported.

This master thesis focuses on the design and elaboration of project documentation for the purpose of constructing Industrial park with administration building consisting of two parts, SO 01 – Administration building and SO 02 – Industrial building. The two objects are situated on the plot No. 715/1, in the cadastre unit Vrbno pod Pradědem located on an undeveloped land of the investor. The exit from the parking lot connects to the local traffic infrastructure. Public infrastructure leads in proximity to the land. The design of the construction respects local zoning plan. Project documentation was made in compliance with up-to-date requirements according to valid standards and regulations. The building is functionally divided into two objects, SO 01 and SO 02, which are operationally and structurally connected. Constructions of both objects are statically independent. The object SO 01, partially accessible to the public, is used for administrative tasks and staff facilities. Also, there is a sample room available to the public, gatehouse and warehouses. The object SO 02 is purposed for the production of plastic windows and solar panels. It mainly consists of areas used for production, but there is also an office for the master, a machine room for heating, ventilating and air conditioning (HVAC) and staff facilities. The object SO 01 is designed from a wall structural system from clay masonry, clay ceilings, strip foundation and a flat roof. The object SO 02 is designed as a full-metal prefabricated object with a saddle roof and foundation pads. The construction system of this object consists of steel columns. Plan dimensions of SO 01 are 25x14 metres. Building envelope is made from clay blocks, 440 mm in width, filled with mineral wool. Plan dimensions of SO 02 are 66,9x22,9 metres. Object’s curtain walling is made from prefabricated sandwich panels containing a core from PUR material.