Optimização de estruturas modulares em aço enformado a frio

Abstract

Na indústria da construção, a sustentabilidade adquiriu um papel fundamental. O tema da dissertação surge no seguimento do projeto I&DT Cool Haven, que visa desenvolver um conceito inovador de construção, que consiste em conferir aos espaços uma sustentabilidade assente na eficiência estrutural e adaptabilidade das estruturas às várias exigências funcionais durante a vida útil da construção. Associado a este conceito surge a construção modular e a construção metálica de aço enformado a frio. A construção modular exibe francas vantagens pelo facto dos trabalhos de execução serem maioritariamente desenvolvidos em fábrica, reduzindo assim o tempo de execução em obra e, simultaneamente a probabilidade de existirem erros e consequentes defeitos na estrutura. A construção metálica, por sua vez, exibe vantagens óbvias pelo facto do aço ser um material totalmente reciclável e de grande eficiência estrutural. A presente dissertação está relacionada com a necessidade de transformar este conceito de construção inovador, competitivo e atrativo a nível económico. O objetivo desta dissertação foi desenvolver uma ferramenta de suporte essencial na otimização de estruturas modulares de aço enformado a frio em termos de eficiência estrutural. Como tal, foi desenvolvida a ferramenta de cálculo computacional Cold-Formed Design, por forma a facilitar o dimensionamento e otimização de elementos de aço enformado a frio, a qual foi posteriormente utilizada na otimização das estruturas modulares de aço enformado a frio. O documento começa por referir as principais características associadas aos elementos de aço enformado a frio, bem como as vantagens e desvantagens resultantes da sua utilização na construção. Posteriormente é apresentada, pormenorizadamente, o Cold-Formed Design. Numa fase final do documento são apresentadas a análise e otimização das estruturas modulares planas, sendo apresentadas as características das estruturas modulares otimizadas e a redução das quantidades de aço resultante da otimização estrutural

In the construction industry the sustainability has acquired a key role. The dissertation topic is developed within the framework of the project I&DT Cool Haven, which aims to develop an innovative concept of construction, giving a sustainability based on structural efficiency and adaptability of the structures to the various functional requirements during the life of the building. Associated with this concept is the modular construction and metal construction of cold-formed steel. The modular construction displays serious advantages by the fact that the construction process are mostly developed in the factory, reducing the workload in site, the probability of issues and consequent problems with the structure. The metallic construction exhibits obvious advantages by the fact that steel is a totally recyclable material and because of the high structural efficiency. This thesis is associated with the need to transform this concept of innovative, competitive and attractive building, economically. The main purpose of this dissertation is to develop a supporting tool for the optimizing of modular structures of cold-formed steel in terms of structural efficiency. Such as, a computational tool Cold-Formed Design was developed, in order to simplify the design and optimization of elements of cold-formed steel. The developed tool was then applied in the optimization of modular plane structures. In the first part of document the main characteristics of the elements of cold-formed steel, as well as the advantages and disadvantages of their use in construction are described. Then, the Cold-Formed Design is explained in detail. At the end of this document, the analysis and the optimization of plane modular structures are introduced and the characteristics of modular structures optimized and reduced amounts of steel that results from the structural optimization are presented.