Análise numérica de vibrações em sistemas de piso misto de aço e concreto e avaliação de desempenho considerando o conforto humano

Abstract

As tendências arquitetônicas atuais e as exigências de mercado têm levado à busca de sistemas estruturais de rápida execução, com elementos estruturais mais leves e que possam vencer grandes vãos com um mínimo de elementos verticais. Normalmente, estas características têm levado à obtenção de estruturas cada vez menos rígidas, que apresentam frequências fundamentais próximas da faixa de frequência das excitações associadas às atividades humanas. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise numérica de vibrações em sistemas de piso misto de aço e concreto e avaliar o desempenho dos mesmos considerando critérios de conforto humano. Os resultados numéricos de frequências e acelerações foram obtidos a partir do desenvolvimento de modelos numérico computacionais, através do Método dos Elementos Finitos, empregando técnicas usuais de discretização, por meio do emprego do programa SAP2000. Os resultados obtidos por meio dos modelos numéricos e de modelos analíticos simplificados foram comparados com resultados da análise experimental de vibrações. Os resultados da análise numérica foram avaliados também em função das recomendações de normas e guias de projeto nacionais e internacionais sobre vibrações, considerando o conforto humano. As estratégias adotadas para análise numérica de vibrações e os modelos desenvolvidos foram capazes simular adequadamente o comportamento dinâmico dos sistemas de piso misto de aço e concreto. Os sistemas de piso misto estudados apresentaram frequências fundamentais com valores ligeiramente superiores aos valores mínimos prescritos por normas, mas, apesar de atenderem a essas prescrições, em alguns casos as acelerações foram superiores aos limites que garantem o conforto humano.

The current architectural trends and market requirements have led to search for structural quick execution systems, with lighter weight structural elements and can overpass large spans with minimal vertical elements. Typically, these features have led to obtaining increasingly less rigid structures, which have frequencies near the fundamental frequency range of excitations associated to human activities. The objective this dissertation is perform a numerical analysis of composite systems floor of steel and concrete and evaluate their performance considering human comfort criterion. The numerical results of frequencies and accelerations were obtained through the development of computer numerical models, the proposed analysis methodology adopted the usual mesh refinement techniques present in the Finite Element Method simulations implemented in the SAP2000 program. The results obtained through of numerical models and simplified analytical models have been compared with results of experimental analysis of vibrations. The results of numerical analysis were also evaluated according to recommendations of national and international standards and design guides about vibrations, considering human comfort. The strategies adopted for numerical vibration analysis and developed models were able properly simulate the dynamic behavior of composite floor systems of steel and concrete. The studied composite floor systems presented fundamental frequencies with slightly higher values than minimum values prescribed by standards, but though meet these requirements, in some cases accelerations were above the limits that ensure human comfort.