Otimização de estrutura de concreto armado submetida à excitação dinâmica do vento

Abstract

A busca pelo projeto ótimo de estruturas é o desejo de todos os projetistas, haja vista que os recursos materiais são limitados. Entretanto, ainda é muito comum na prática de projeto os projetistas dimensionarem as estruturas com base em normas técnicas que consideram as cargas dinâmicas como cargas estáticas equivalentes, consequentemente aumentando os custos das mesmas. Este trabalho tem como objetivo otimizar uma estrutura de concreto armado utilizando um algoritmo de otimização. Para isso, utilizou-se o algoritmo Whale Optimization Algorithm (WOA), um algoritmo do grupo dos Meta-Heurísticos, que estão em foco nas pesquisas atuais pela facilidade de implementação computacional. Como objeto de estudo utilizou-se um pórtico adaptado de uma estrutura real de concreto armado, submetido à ação dinâmica de vento gerado artificialmente, com a função objetivo sendo a minimização do volume de concreto na estrutura. Foram utilizadas as dimensões das seções transversais como variáveis de projeto, e o deslocamento máximo no topo imposto pela norma ASCE/SEI 7-16 como restrição lateral, assim como o deslocamento máximo entre pavimentos. Além da otimização realizada na estrutura, foram utilizados Atenuadores de Massa Sintonizados (AMS), em diferentes quantidades, configurações e parâmetros, em busca de diferentes soluções estruturais para a otimização da estrutura de concreto armado. Os resultados mostram que diante de todas as simulações foi possível reduzir em aproximadamente 24% o volume de concreto da estrutura, respeitando o limite máximo de deslocamento no topo exigido pela norma.

The search for the optimal design of structures is the desire of all designers, given that material resources are limited. However, it is still very common in design practice for designers to design structures based on technical standards that consider dynamic loads as equivalent static loads, consequently increasing their costs. This work aims to optimize a reinforced concrete structure using an optimization algorithm. For this, the Whale Optimization Algorithm (WOA) algorithm was used, an algorithm from the group of Meta-Heuristics’ Algorithms, which are focused on current research due to the ease of computational implementation. As a study object, a portico adapted from a real reinforced concrete structure was used, submitted to the dynamic action of artificially generated wind, with the objective function of the volume of concrete in the structure. The dimensions of the cross sections were used as design variables, and the maximum displacement at the top imposed by the ASCE / SEI 7-16 standard as a lateral constraint, as well as the maximum story drift between floors. In addition to structural optimization, it was used Tuned Mass Dampers (TMD), in different quantities, settings and parameters, in search of different structural solutions to optimization of reinforced concrete building. The results show that for this situation it was possible to reduce the concrete volume of the structure by approximately 24%, respecting the maximum limit of displacement at the top required by the standard.