Influência do revestimento na capacidade resistente de painéis Light Steel frame

Abstract

Este trabalho tem como objetivo estudar o impacto da consideração da rigidez dos painéis de revestimento no cálculo da capacidade resistente de montantes de aço formados a frio conforme os trabalhos de pesquisa citados na norma americana. Estes métodos buscam otimizar o dimensionamento de estruturas de aço leve e aumentar a viabilidade econômica deste sistema construtivo. Estruturas de aço leves são amplamente utilizadas em países como Estados Unidos e Japão desde o século XX. No Brasil, este sistema construtivo é considerado inovador e pode trazer muitos benefícios para o mercado nacional. O dimensionamento destas estruturas, conforme as normas brasileiras, considera somente a contribuição dos elementos de aço, sendo estes apenas uma parte dos elementos construtivos utilizados. A norma americana cita métodos utilizados para considerar o efeito de revestimentos no dimensionamento. Esses métodos possuem muitas limitações e utilizam parâmetros não muito claros. Pesquisas recentes citadas pela norma apontam para a possibilidade da criação de novos métodos, mais flexíveis e precisos. Os autores citados neste trabalho trazem a proposta de um método baseado em métodos numéricos e em testes de carga com montantes isolados e revestidos. A avaliação da eficácia deste método é feita através do dimensionamento de montantes genéricos com três seções transversais diferentes e variadas configurações de bloqueadores intermediários. Os resultados do dimensionamento destes montantes reafirmam os dados encontrados pelos autores e demonstram que a influência dos painéis de revestimento na capacidade resistente é maior para compressão axial do que para flexão simples no eixo de maior inércia, é mais significativa quanto menor for a capacidade resistente original do montante e é muito menor em montantes com bloqueadores intermediários. O estudo da aplicabilidade do método na construção brasileira é feito através da modelagem e análise de cargas do projeto de uma edificação existente. As análises realizadas com o projeto revelam que as maiores solicitações sobre a estrutura são decorrentes das cargas de vento, com maior impacto nos elementos de contraventamento que transmitem esforços horizontais para a fundação. Estes resultados indicam que as cargas de vento são um fator muito importante no dimensionamento de edificações pequenas, de um ou dois pavimentos, devido ao baixo peso próprio da estrutura quando comparado a sua área de exposição às forças de vento. Os montantes deste tipo de edificação são primariamente solicitados por flexão, indicando que o benefício atual da consideração dos revestimentos é reduzido pelo uso do sistema no mercado da construção brasileira, podendo se tornar mais relevante no futuro em edificações com mais pavimentos. Além disso, verificou-se que a consideração da contribuição do revestimento na capacidade resistente dos montantes traz consigo a preocupação quanto a remoção temporária ou permanente desses revestimentos durante a vida útil da edificação. A aplicação dos métodos apresentados neste trabalho depende de esforços futuros para estudar as características dos materiais utilizados, bem como o comportamento do sistema ao longo da vida útil da edificação.

This work aims to study the impact of considering the stiffness of sheathing boards in the calculation of the load bearing capacity of cold-formed steel studs, according to the research works mentioned in the American standard. These methods seek to optimize the design of light steel structures and increase the economic viability of this constructive system. Lightweight steel structures have been widely used in countries like the United States and Japan since the 20th century. In Brazil, this construction system is considered innovative and can bring many benefits to the national market. The design of these structures, according to Brazilian standards, only considers the contribution of the steel elements, which are just a part of the construction components used. The American standard cites methods used to consider the effect of sheathing on design. These methods have many limitations and use unclear parameters. Recent research cited by the American standards points to the possibility of creating new, more flexible and precise methods. The authors mentioned in this work propose a method based on numerical methods and load tests with isolated and sheathed studs. The evaluation of the effectiveness of this method is made through the design of generic studs with three different cross sections and varied configurations of bridging. The results of designing these studs confirm the data found by the authors and demonstrate that the influence of sheathing boards on the load bearing capacity of studs is greater for axial compression than for bending in the axis of greater moment of inertia, is more significant the lower the original resistance capacity of the stud, and is much smaller in studs with bridging. The study of the applicability of the method in Brazilian construction is done through the modeling and analysis of project loads of an existing building. The analysis of the project reveal that the greatest stresses on the structure are due to wind loads, with a greater impact on the bracing elements that transmit horizontal loads to the foundation. These results indicate that wind loads are a very important factor in the design of small buildings, with one or two floors, due to the low dead load of the structure when compared to its area of exposure to wind loads. The wall studs of this type of building are primarily requested by bending, indicating that the current benefit of considering sheathings in design is reduced by the use of the system in the Brazilian construction market, and may become more relevant in the future in buildings with more floors. Furthermore, it was found that the consideration of the sheathing's contribution to the load bearing capacity of the studs brings with it the concern about the temporary or permanent removal of these coatings during the building's lifespan. The application of the methods presented in this work depends on future efforts to study the properties of the materials used, as well as the behavior of the system throughout the life of the building.