The purpose of the diploma thesis was to design the supporting structure of an administrative building. The building is located in Brno. The floor plan dimensions of the building are 42.0x42.0 m. The building has 8 floors. The static calculation of the load-bearing structure was developed in two variants. Variant A has a square grid and ceilings arranged in a checkerboard pattern. Variant B has a rectangular growth and the ceilings are arranged in one direction. The ceiling structures and columns of the building are designed as composite reinforced concrete. Drawing documentation is managed for the winning variant.

[pt] A motivação para este trabalho é desenvolver equações simples, porém suficientemente precisas, que possam ser usadas para projetos de vigas casteladas submetidas à flexão pura, considerando a contribuição do conjunto mesa-alma na flambagem local do elemento. Métodos energéticos - Quociente Rayleigh - são adotados para determinar a equação da tensão crítica aproximada. Neste método, a energia de deformação e o trabalho externo são calculados assumindo uma forma de deflexão aproximada, cinemática admissível e contínua. Assim, a precisão do resultado depende da qualidade da forma de deflexão adotada. Estas funções de forma foram escolhidas com base nos resultados obtidos a partir de modelos numéricos criados usando o software ABAQUS e verificados com o software GBTUL, considerando para analise a interação completa entre a alma e a mesa. As expressões desenvolvidas foram baseadas em aproximações clássicas de estabilidade de placas, validadas com estudos paramétricos realizados com os softwares ABAQUS e GBTUL. Os resultados indicaram que a equação proposta pode efetivamente calcular a tensão crítica relativa a instabilidade local de vigas casteladas. A expressão validada e os limites associados são destinados a ser gerais dentro dos limites típicos das aplicações práticas. / [en] The motivation for this work is to develop a simple yet sufficiently accurate equation that can be used in the design of castellated beams subjected to pure bending, considering the contribution of the web-flange coupling effect in the local buckling. To accomplish this, an energy method - Rayleigh quotient - is adopted to determine the approximate critical stress equation. In this method, the strain energy and the potential work are calculated for an assumed approximate and kinematically admissible continuous deflected shape. Thus, the accuracy of the result is dependent on the quality of the assumed buckled shape. These shape functions were chosen based on the results obtained from numerical models created using ABAQUS software and verified with GBTUL, considering full interaction between web and flange. The developed closed-form expressions were based on classical plate stability approximations, validated with parametric studies performed using ABAQUS and GBTUL. The results indicate that the proposed equation can effectively calculate the critical stress of castellated beams due to local instability. The validated expression and its associated limits are intended to be general within the typical limits of practical applications.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / As vigas casteladas já são utilizadas em diversos tipos de estruturas para se vencer grandes vãos. Há uma nova realidade para o uso de perfis castelados, agora em aço inoxidável. Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre vigas casteladas e vigas de alma cheia em perfis IPE, baseadas na norma europeia, no método da resistência contínua; e, também, através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento e a resistência à flexão das vigas casteladas em aço inoxidável. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta estrutura. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises e da lei constitutiva tensão versus deformação multi-linear, de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação de Lagrange atualizado. Os resultados numéricos das vigas em estudo foram avaliados quanto aos modos de falha e da distribuição de tensões. Os momentos resistentes analíticos foram comparados com os resultados do modelo numérico apresentando valores satisfatórios e a favor da segurança. / Castellated beams are ordinary used in various types of structures for covering wants to win large spans. In addition, A novel situation has been considered using stainless steel beans. The present dissertation presents a comparative analysis between castellated beams and a solid-section beams, based on the Eurocode and the Continuous Strenght Method; and through a finite element model developed in Ansys program. The main aim of this work was to investigate flexural capacity of castellated stainless steel. Physical and geometrical nonlinearities were incorporated into the models, in order to fully mobilize the load-carrying capacity of the structure. The material nonlinearity was considered adopting the Von Mises yield criteria with a material constitutive law with a multilinear stress versus strain curve associated to a elastic-plastic behavior with hardening. The geometric nonlinearity has been introduced by the update Lagrangian Method. The numerical results of the study beams were evaluated in terms of failure modes and stress distribution analytical. The results were compared to the numerical model results and shows a satisfactory safety values.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Restrições de espaço e altura são frequentemente impostas às edificações residenciais, comerciais, industriais, depósitos e galpões com um ou diversos pavimentos em função de aspectos de regulamentos regionais, técnicos, econômicos ou ainda de natureza estética. A fim de proporcionar a passagem de tubulações e dutos de grande diâmetro sob vigas de aço, grandes alturas são normalmente requeridas, demandando por vezes, magnitudes de altura inviáveis entre pavimentos de edificações. Diversas soluções estruturais podem ser utilizadas para equacionar tais obstáculos, onde dentre outras, pode-se citar as vigas com inércia variável, stub-girders, treliças mistas, vigas misuladas e vigas com uma ou múltiplas aberturas na alma com geometrias variadas. No que tange às vigas casteladas, solução estrutural pautada neste estudo, a estabilidade é sempre um motivo de preocupação tipicamente durante a construção quando os contraventamentos laterais ainda não estão instalados. De qualquer forma, o comprimento destravado em geral alcançado pelos vãos destas vigas, são longos o suficiente para que a instabilidade ocorra. Todavia, o acréscimo substancial da resistência à flexão de tais membros devido ao aumento da altura oriundo de seu processo fabril em relação ao perfil matriz, aliada a economia de material e utilidade fim de serviço, garante a atratividade no aproveitamento destas, para grandes vãos junto aos projetistas. Não obstante, este aumento proporcional no comprimento dos vãos faz com que a instabilidade lateral ganhe importância especial. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo numérico que permita a realização de uma avaliação paramétrica a partir da calibração do modelo com resultados experimentais, efetuar a análise do comportamento de vigas casteladas e verificar seus mecanismos de falha, considerando comportamento elasto-plástico, além das não-linearidades geométricas. Também é objetivo deste trabalho, avaliar, quantificar e determinar a influência das diferenças geométricas características das vigas casteladas em relação às vigas maciças com as mesmas dimensões, analisando e descrevendo o comportamento estrutural destas vigas de aço para diversos comprimentos de vãos. A metodologia empregada para tal estudo baseou-se em uma análise paramétrica com o auxílio do método numérico dos elementos finitos. / Restrictions of space and height are often imposed to residential, commercial, industrial, warehouses and sheds with one, or several floors, due to aspects like regional regulations, technical, economic or aesthetic nature. In order to provide the passage of pipes and ducts with large diameter under steel girders, that normally requires great heights, sometimes leads to floors building highs with an unviable magnitudes. Several structural solutions can be used to overcome these obstacles, where the most popular are the beams with variable inertia (tapered and haunched beams), stub-girders, trusses, and beams with one or more web openings with various geometries. When castellated beams, structural solution studied and discussed in this dissertation, are considered stability issues at the construction stage becomes to attract the structural engineer attention since the lateral bracing are not yet installed. The unbraced span lengths generally reached by these beams are often long enough to cause instability effects. However, the substantial enhancement in the flexural strength of such members, due to the extra height coming from the manufacturing process in relation with the original profile, combined with the economy of material and utility services, ensures to the designers the attractiveness of this solution, especially when applied to large spans. On the other hand, this proportional increase in span lengths enhances the significance of improving the beam lateral instability resistance. The present investigation aims to develop a numerical model, that calibrated with experimental results, enables the development of a parametric analysis. This analysis aimed to determine the structural behavior of the castellated beams and their associated failure mechanisms, considering an elastic-plastic behavior as well the geometric non-linearities. The investigation was also able to evaluate, quantify and determine the influence of geometry variables like span lengths and cross sections dimensions. The methodology used for this study was developed based on a parametric analysis centred on the finite element method.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 8690976 bytes, checksum: 44c939a6112d27b6f8696be3efc2044f (MD5) Previous issue date: 2012-03-16 / The growth of steel construction in Brazil in recent years has naturally been accompanied by an increasing demand for resources that support the entire design process of steel structures, from its conception to its realization. In this context, there has been a resurgence of interest in alveolar beams, due to technical and aesthetic advantages that these elements offer, motivated in part by beginning production of steel rolled I profiles in Brazil, from 2002. Generally, the alveolar beams are manufactured from rolled steel I-profiles, by cutting the web along, according to a sinuous symmetrical line so that the halves so obtained can be displaced relative to one another and welded, originating a new beam with a series of web holes, with the same mass as the original profile, but with greater stiffness in the plane of bending, suitable for large spans. Although the alveolar beams are an old solution, abandoned due to rising manufacturing costs in a given time, most recently returned to appear as a competitive solution, due to technological advances in automation of cutting and welding of structural steel. Given the wide range of possibilities available today for the manufacture of alveolar beams, facilitated by the resources of design and computer aided manufacturing, this study aimed to procedures to define the geometric characteristics of alveolar steel beams to floor systems and roof systems, due to the lack of technical updates on this topic. Finally, we present a series of examples of applying the criteria and procedures proposed for various possible situations in the usual structures. / A expansão do segmento da construção metálica no Brasil tem sido acompanhada de uma demanda crescente por recursos que subsidiem todo processo de projeto de estruturas de aço, desde sua concepção até sua materialização. Nesse contexto, observa-se o ressurgimento do interesse pelas vigas alveolares, em função das vantagens técnicas e estéticas que esses elementos oferecem, em parte motivado pelo início da produção de perfis I de aço laminados no Brasil, a partir de 2002. Geralmente, as vigas alveolares são fabricadas a partir de perfis I de aço laminados, cortando-se sua alma longitudinalmente, segundo um traçado sinuoso simétrico, de modo que as metades obtidas podem ser deslocadas uma em relação à outra e soldadas, dando origem a uma nova viga com uma série de furos na alma, com praticamente a mesma massa do perfil original, porém com maior rigidez no plano de flexão, apropriada para grandes vãos. Embora as vigas alveolares sejam uma solução antiga, abandonada devido ao aumento dos custos de fabricação em determinada época, mais recentemente voltaram a figurar como uma solução competitiva, devido aos avanços tecnológicos em automação de corte e solda de aço estrutural. Tendo em vista a ampla gama de possibilidades atualmente existente para a fabricação de vigas alveolares, facilitadas pelos recursos de projeto e fabricação assistidos por computador, este trabalho teve como objetivo desenvolver critérios e procedimentos para o prédimensionamento de vigas alveolares de aço, em função da carência de prescrições técnicas atualizadas sobre o tema. Ao final, é apresentada uma série de exemplos de aplicação dos critérios e procedimentos propostos, para diversas situações possíveis nas estruturas de edificações estruturadas em aço.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / As vigas casteladas já são utilizadas em diversos tipos de estruturas para se vencer grandes vãos. Há uma nova realidade para o uso de perfis castelados, agora em aço inoxidável. Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre vigas casteladas e vigas de alma cheia em perfis IPE, baseadas na norma europeia, no método da resistência contínua; e, também, através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento e a resistência à flexão das vigas casteladas em aço inoxidável. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta estrutura. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises e da lei constitutiva tensão versus deformação multi-linear, de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação de Lagrange atualizado. Os resultados numéricos das vigas em estudo foram avaliados quanto aos modos de falha e da distribuição de tensões. Os momentos resistentes analíticos foram comparados com os resultados do modelo numérico apresentando valores satisfatórios e a favor da segurança. / Castellated beams are ordinary used in various types of structures for covering wants to win large spans. In addition, A novel situation has been considered using stainless steel beans. The present dissertation presents a comparative analysis between castellated beams and a solid-section beams, based on the Eurocode and the Continuous Strenght Method; and through a finite element model developed in Ansys program. The main aim of this work was to investigate flexural capacity of castellated stainless steel. Physical and geometrical nonlinearities were incorporated into the models, in order to fully mobilize the load-carrying capacity of the structure. The material nonlinearity was considered adopting the Von Mises yield criteria with a material constitutive law with a multilinear stress versus strain curve associated to a elastic-plastic behavior with hardening. The geometric nonlinearity has been introduced by the update Lagrangian Method. The numerical results of the study beams were evaluated in terms of failure modes and stress distribution analytical. The results were compared to the numerical model results and shows a satisfactory safety values.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Restrições de espaço e altura são frequentemente impostas às edificações residenciais, comerciais, industriais, depósitos e galpões com um ou diversos pavimentos em função de aspectos de regulamentos regionais, técnicos, econômicos ou ainda de natureza estética. A fim de proporcionar a passagem de tubulações e dutos de grande diâmetro sob vigas de aço, grandes alturas são normalmente requeridas, demandando por vezes, magnitudes de altura inviáveis entre pavimentos de edificações. Diversas soluções estruturais podem ser utilizadas para equacionar tais obstáculos, onde dentre outras, pode-se citar as vigas com inércia variável, stub-girders, treliças mistas, vigas misuladas e vigas com uma ou múltiplas aberturas na alma com geometrias variadas. No que tange às vigas casteladas, solução estrutural pautada neste estudo, a estabilidade é sempre um motivo de preocupação tipicamente durante a construção quando os contraventamentos laterais ainda não estão instalados. De qualquer forma, o comprimento destravado em geral alcançado pelos vãos destas vigas, são longos o suficiente para que a instabilidade ocorra. Todavia, o acréscimo substancial da resistência à flexão de tais membros devido ao aumento da altura oriundo de seu processo fabril em relação ao perfil matriz, aliada a economia de material e utilidade fim de serviço, garante a atratividade no aproveitamento destas, para grandes vãos junto aos projetistas. Não obstante, este aumento proporcional no comprimento dos vãos faz com que a instabilidade lateral ganhe importância especial. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo numérico que permita a realização de uma avaliação paramétrica a partir da calibração do modelo com resultados experimentais, efetuar a análise do comportamento de vigas casteladas e verificar seus mecanismos de falha, considerando comportamento elasto-plástico, além das não-linearidades geométricas. Também é objetivo deste trabalho, avaliar, quantificar e determinar a influência das diferenças geométricas características das vigas casteladas em relação às vigas maciças com as mesmas dimensões, analisando e descrevendo o comportamento estrutural destas vigas de aço para diversos comprimentos de vãos. A metodologia empregada para tal estudo baseou-se em uma análise paramétrica com o auxílio do método numérico dos elementos finitos. / Restrictions of space and height are often imposed to residential, commercial, industrial, warehouses and sheds with one, or several floors, due to aspects like regional regulations, technical, economic or aesthetic nature. In order to provide the passage of pipes and ducts with large diameter under steel girders, that normally requires great heights, sometimes leads to floors building highs with an unviable magnitudes. Several structural solutions can be used to overcome these obstacles, where the most popular are the beams with variable inertia (tapered and haunched beams), stub-girders, trusses, and beams with one or more web openings with various geometries. When castellated beams, structural solution studied and discussed in this dissertation, are considered stability issues at the construction stage becomes to attract the structural engineer attention since the lateral bracing are not yet installed. The unbraced span lengths generally reached by these beams are often long enough to cause instability effects. However, the substantial enhancement in the flexural strength of such members, due to the extra height coming from the manufacturing process in relation with the original profile, combined with the economy of material and utility services, ensures to the designers the attractiveness of this solution, especially when applied to large spans. On the other hand, this proportional increase in span lengths enhances the significance of improving the beam lateral instability resistance. The present investigation aims to develop a numerical model, that calibrated with experimental results, enables the development of a parametric analysis. This analysis aimed to determine the structural behavior of the castellated beams and their associated failure mechanisms, considering an elastic-plastic behavior as well the geometric non-linearities. The investigation was also able to evaluate, quantify and determine the influence of geometry variables like span lengths and cross sections dimensions. The methodology used for this study was developed based on a parametric analysis centred on the finite element method.

The study is focused on character of flow, permeability, mean residence of water, chemical composition of water and chemical fluxes in unsaturated zone of castellated sandstone at Klokočské Skály area. Soil water as well as the water seeping from up to 15 m thick sandstone unsaturated zone consists of mixture of: A) Component with mean residence time 2-4 months (50-75% of mixture) and B) Component with mean residence time exceeding 4 years (25-50% of mixture). In winter the component A is missing in K3 drip place probably because of freezing conditions, which prevent infiltration of the fast component. Sulfates are the most abundant anion in studied waters with chemical flux in sandstone unsaturated zone (SUZ) 7-10 g/m2/year, which exceeds several times the influx from total (wet and dry) atmospheric deposition (1.2 g/m2/year). On the other hand nitrates flux is decreasing with depth (atmospheric deposition 1.7 g/m2/year; flux in SUZ 0.2-0.4 g/m2/year). Aluminum is the most abundant cation in SUZ (average concentration 6.3 mg/l, max. 35 mg/l). Flux of aluminum in SUZ is 2.5 g/m2/year, which is 80 times more that atmospheric deposition. Surprisingly the forest vegetation does not seem to suffer any directly visible damage. Silica is another substance which is intensively leached from SUZ. The most prominent...

The object of this thesis is to design and assess steel structure of multi-storey office center in Vsetín. Floor plan dimensions of building are 48x40m. The building has ten floors. Overall height is 35,5m. The building ceilings made of composite steel and concrete structure. The part of build are roofer atrium and one bigger room aula with dimensions 24x16m. Two construction variants were designed and assessed. Longitudinal and transverse rigity of variant A is ensured by truss bracing. Transverse rigity of variant B is ensured by truss bracing and longitudinal rigity is braced by bracing frames. The variant A is better.

The aim of this master's thesis is to design the steel construction of a multifunctional building in the cadastral area of Brno-Bohunice. Multifunctional building consists of two identical buildings - A and B. Floor plan dimensions are 40.0 x 40.0 meters and height of 33,8 meters. Both objects have the 1st floor of the overall height of 5,0 m, each additional floors 3,5 m. The plan shape of the building is a square 40 x 40 m with bevel in the corners with a length of 8 m. In the middle of the building is roofed atrium 8 x 8 m. The buildings are in the 5th floor connected with the enclosed footbridge with a length of 10.0 meters. The main structure consists of two buildings columns and girders. Columns are alternatively solved as the composite steel and concrete structures with closed section filled with concrete or concreted steel profile. The girders are made of castellated beams. Among the girders are embedded solid panel joists and girders, coupled with the composite steel and concrete slab. Spatial rigidity besides the composite slabs provide rods placed around the atrium and in the corners of the building. The main structure of the footbridge consists of two inclined arched beams on which is placed stringer of the footbridge.