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Type: Artigo de Evento
Title: Aplicação da otimização ao projeto de estruturas de contraventamento formadas por pórticos planos de concreto armado
Title in English: Application of optimization to the design of side-load resisting structures made up of RC plane frames
Authors: Cavalcante, Ricardo Níkollas de Andrade
Bomfim, Ícaro Eufrásio
Melo, Antônio Macário Cartaxo de
Keywords: Estruturas;Contraventamento;Pórticos;Otimização;Vento
Issue Date: 2018
Publisher: https://doity.com.br
Citation: CAVALCANTE, Ricardo Níkollas de Andrade; BOMFIM, Ícaro Eufrásio; MELO, Antônio Macário Cartaxo de. Aplicação da otimização ao projeto de estruturas de contraventamento formadas por pórticos planos de concreto armado. In: SIMPÓSIO DE MECÂNICA COMPUTACIONAL - SIMMEC, XIII., 29 out. a 01 nov. 2018, Vitória-ES. Anais[…], Vitória - ES, 2018.
Abstract in Brazilian Portuguese: A busca pelo aproveitamento de espaço, aliada a novas tecnologias construtivas e métodos de cálculo avançados para o concreto armado, tem resultado em edificações cada vez mais altas e, consequentemente mais esbeltas. Nestas edificações, a estrutura de contraventamento, responsável pela absorção das ações horizontais, assegurando o nível de indeslocabilidade desejado, é um elemento de destaque no projeto. Uma alternativa para o sistema de contraventamento de edificações em concreto armado até 20 pavimentos é a consideração de pórticos planos em duas direções combinados com a hipótese da rigidez elevada no plano do pavimento. Pensando numa estrutura formada por pórticos, uma metodologia deve ser adotada para distribuir a ação do vento nos pórticos do sistema, onde a própria distribuição depende da rigidez dos pórticos envolvidos. As ferramentas de otimização podem ser usadas para o projeto dessas estruturas, buscando-se, por exemplo, as dimensões dos elementos tal que exigências relativas à rigidez, resistência, durabilidade, conforto e segurança sejam atendidas e uma medida específica de desempenho seja minimizada. Na definição das variáveis de projeto, um estudo pode ser realizado para identificar que parâmetros podem influenciar de maneira mais significativa a função objetivo do problema de otimização formulado. É importante ressaltar que o conjunto dos elementos de contraventamento devem ser avaliados como uma unidade e não apenas como elementos isolados. Neste trabalho, apresenta-se uma formulação para a otimização de estruturas de contraventamento de edifícios de concreto armado formada por pórticos planos. A ação do vento é distribuída nos pórticos usando o método dos pórticos compatibilizados no topo. As variáveis de projeto são a resistência característica do concreto e as dimensões das seções transversais dos pilares e das vigas, todas consideradas de natureza discreta. Para definição das variáveis de projeto, um estudo é conduzido para investigar a influência da rigidez relativa das vigas e dos pilares no sistema de contraventamento. A função objetivo do problema é o custo total da estrutura, que está associado ao volume dos elementos estruturais que a compõe. A princípio, a análise é linear elástica, mas o efeito da não linearidade geométrica é investigado. As restrições são relativas a exigências nos estados limites último e de serviço, de acordo com a norma brasileira NBR 6118:2014. A ação do vento é definida com base na NBR 6123:1988 e a hipótese de diafragma rígido é adotada para as lajes do último pavimento visando a distribuição da ação do vento. Será avaliada a utilização de algoritmos bio-inspirados nas aplicações realizadas e as contribuições relativas das vigas e colunas na rigidez do pórtico são comparadas.
Abstract: The search for space usage, coupled with new constructive technologies and advanced computational methods, has resulted in increasingly taller and therefore slender buildings. In these buildings, the system responsible for the absorption of the horizontal actions, ensuring the desired indeslocability level, is a highlight element in the project. An alternative to this system for concrete buildings up to 20 floors is the association of plane frames in two directions with the hypothesis of the high stiffness in the story plan. Considering a structure made up of moment-resisting frames, a methodology must to be adopted to distribute the wind action to the system frames, which its own distribution depends on the moment-resisting frames’ stiffness involved. Optimization tools can be used to design these structures, searching, for example, the elements’ dimensions such that requirements for stiffness, resistance, durability, comfort and safety are satisfied and a specific measure of performance is minimized. In the definition of the design variables, a study can be done to identify which parameters can influence significantly the objective function of the optimization problem formulated. It’s important to note that the unit made up of the side-load resisting elements has to be analyzed instead of the elements isolated. In this work, a formulation for the optimization of side-load resisting structures of reinforced concrete buildings made up of moment-resisting plane frames is presented. The wind action is distributed to frames using the method of compatibilized frames at the top. The design variables are the compressive strength of concrete and the cross sections dimensions of the columns and beams, all them considered of discreet nature. To define the design variables, a study is conducted to investigate the influence of the relative stiffness of the beams and columns in the side-load resisting system. The objective function of the problem is the total cost of the structure, which is associated to the volume of the structural elements that compose it. Firstly, a linear elastic analysis is used, but the effect of geometric non-linearity will be investigated. The constraints are relative to requirements in the ultimate and service limit states according to the Brazilian Standard NBR 6118: 2014. The wind action is defined based on NBR 6123: 1988 and the rigid diaphragm hypothesis is adopted for the behavior of the last floor slabs aiming the wind action distribution. The use of bio-inspired algorithms will be evaluated in the applications and the relative contributions of the beams and columns in the stiffness of the moment-resisting frame are compared.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/61928
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