Análise e dimensionamento de lajes mistas com chapa de altura elevada

Abstract

As lajes mistas têm tido uma utilização muito intensiva, maioritariamente em edifícios em estrutura metálica e mista aço-betão, porque estas apresentam um conjunto de vantagens que as torna bastante competitivas, tais como: facilidade de execução, simplificação do processo construtivo uma maior rapidez na montagem, dispensa de cofragem e possibilidade de conceber lajes com uma espessura menor e com peso próprio mais reduzido, relativamente às lajes de betão armado. Uma estrutura mista consiste numa solução estrutural composta por elementos constituídos por secções resistentes, nas quais dois ou mais materiais estão ligados entre si e trabalham solidariamente. Desta forma obtém-se elementos estruturais com resistência e rigidez bastante superior à soma da resistência e/ou rigidez individual de cada um dos materiais a trabalhar individualmente. O presente trabalho tem como principal objetivo o desenvolvimento de tabelas de dimensionamento direto de lajes mistas com uma chapa perfilada de aço de altura elevada (120 mm), através do desenvolvimento de uma ferramenta de cálculo automático, em Microsoft Excel, de acordo com o preconizado no Eurocódigo 4, parte 1-1. As lajes serão concebidas com um perfil novo, cuja configuração está a ser desenvolvida no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, para ser produzido por uma empresa metalomecânica nacional. A ferramenta de cálculo desenvolvida prevê a verificação dos estados limite últimos e estados limite de utilização em ambas as fases de comportamento: fase de montagem e fase mista. No que se refere à verificação da segurança ao corte longitudinal (principal modo de rotura das lajes mistas), o Eurocódigo 4, parte 1-1 prevê duas metodologias de avaliação da resistência, o método m-k e o método da conexão parcial, sendo o primeiro o mais conservativo e, atualmente o mais utilizado pela generalidade dos fabricantes. Na presente dissertação, para além da aplicação dos dois métodos, apresenta-se uma discussão e análise comparativa entre ambos. Adicionalmente procede-se ainda a uma análise e discussão do modelo atualmente previsto no Eurocódigo 4, parte 1-1 para a verificação do esforço transverso vertical, por se tratar de um modelo bastante conservativo que não aproveita adequadamente a contribuição da chapa colaborante. E, por isso, é feita uma análise comparativa com o modelo de verificação do esforço transverso, considerando apenas a resistência da chapa perfilada

Nowadays, the use of composite slabs has intensified, mostly in buildings with composite structure with steel and concrete. This occurs because these composite slabs present a set of advantages: simplification of the construction process, the ease of implementing it, faster installation, it is not necessary formwork, there is possibility of designing slabs with thinner thickness and lower weight, when compared to reinforced concrete slabs. A composite structure is a structural solution composed by elements which are compound of sections in which two or more materials are connected to each other and they work together. Therefore, structural elements are obtained with higher resistance and rigidity than the sum of resistance and rigidity and/or individual resistance. The main subject of this master thesis is the formulation of design tables to composite slabs with steel sheeting of high height (120mm), through the development of an automatic calculation tool - Microsoft Excel, in accordance with the recommendations in Eurocode 4 – Part1-1. The steel sheeting is a new profile, the configuration of which is being developed in Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra (Portugal), and it is also being produced by a portuguese steelwork company. The automatic calculation tool provides verification to ultimate limite state e service limite l state for both design situations: for profiled steel sheeting as shuttering and for composite slab. As for the security check to the longitudinal cut (main mode of rupture of composite slabs), the Eurocódigo 4 – Paste 1-1 provides 2 types of evaluation methodologies of resistance: m-k method and partial connection method. The first one is more conservative and, currently, the second one is the most used by others manufacturers/producers. This master thesis, besides the application of this 2 methods, also it is presented a comparison analysis between them. Furthermore, it is presented a discussion of the verification of the current shear model, considering only the concrete. And, therefore, it is made a comparative analysis with the verification model of shear, considering only the resistance of the profiled sheet.