Avaliação comparativa do efeito do nível de sismicidade em edifícios em aço e mistos aço-betão

Abstract

During its lifetime a structure can be exposed to several actions, in which the seismic action plays an important role. When subjected to an earthquake, the performance of a structure is evaluated by the level of damage that it presents, as well as the damage caused to the non-structural elements, having always to be guaranteed the protection of human lives, as well as the functioning of important structures for civil protection. Due to the unpredictability associated with this type of action and the consequences that it can bring, during the development of a project, it can be difficult to find a balance between the minimum desired performance for the structure and the most economical solution.The present dissertation, inserted in a study prepared by the University of Coimbra for the world steel manufacturer ArcelorMittal, Collective Housing - benchmark study on different structural systems for the residential market, fits the theme mentioned above. In its elaboration, three solutions usually adopted for the construction of a building in metallic and composite steel-concrete structure were designed, with and without considering the seismic action. Subsequently, an assessment of competitiveness was carried out in relation to the quantities of materials required for the construction of the solutions mentioned, and of two other structural alternatives included in the same study: a structure composed essentially of prefabricated reinforced concrete elements, and a structure mainly formed by cross-laminated timber panels (CLT). Finally, the execution programmes for all solutions were compared.All structural analyzes, both for the current and seismic design, were performed using the finite element calculation software ETABS®. The seismic effects and the effects of the other actions included in the seismic project were taken into account with an analysis by response spectrum. The design of all alternatives was carried out based on Eurocodes.This dissertation intends to evaluate the competitiveness of the different structural solutions considered in this work, in relation to the quantities of materials and execution times associated with their constructions.

Durante o período de vida útil de uma estrutura, esta encontra-se sujeita a diversas ações entre as quais se poderá destacar a ação sísmica. Quando sujeita a um sismo, o desempenho de uma estrutura é avaliado conforme o nível de danos que esta apresente, assim como os danos provocados nos elementos não estruturais, devendo ser sempre garantida a proteção das vidas humanas, assim como a operacionalidade das estruturas importantes para a proteção civil. Devido à imprevisibilidade associada a este tipo de ação e às consequências que a mesma poderá trazer, em situação de projeto pode tornar-se difícil encontrar um equilíbrio entre o desempenho mínimo pretendido para a estrutura, e a solução mais económica.A presente dissertação, inserida num estudo elaborado pela Universidade de Coimbra para a fabricante mundial de aço ArcelorMittal, Collective Housing - benchmark study on different structural systems for the residential market, enquadra-se no tema supramencionado. Na sua elaboração, foram dimensionadas três soluções habitualmente adotadas para a construção de um edifício em estrutura metálica e mista aço-betão, com e sem consideração da ação sísmica. Posteriormente foi realizada uma avaliação da competitividade em relação às quantidades de materiais necessárias para a construção das soluções mencionadas, e de outras duas alternativas estruturais inseridas no mesmo estudo: uma estrutura composta essencialmente por elementos pré-fabricados de betão armado, e uma estrutura maioritariamente formada por painéis de madeira lamelada-colada cruzada (CLT). Por fim, foram comparados os planeamentos da execução de todas as estruturas.Todas as análises estruturais, quer para a situação de projeto corrente, quer para a situação de projeto sísmica, foram realizadas com recurso ao software de cálculo por elementos finitos ETABS. Na determinação dos efeitos sísmicos e dos efeitos das outras ações incluídas no projeto sísmico, foi adotado o método de análise modal por espectro de resposta. Os dimensionamentos de todas as alternativas foram realizados com base nos Eurocódigos.Com a realização desta dissertação pretende-se avaliar a competitividade das diferentes soluções estruturais consideradas neste trabalho, relativamente às quantidades de materiais e tempos de execução associados às suas construções.