Otimização do posicionamento da alvenaria estrutural de vedação para minimização de deslocamentos laterais em edifícios submetidos a excitações sísmicas

Abstract

O carregamento sísmico, quando considerado em projeto, é responsável por grandes deslocamentos laterais, fato que aumenta os efeitos de segunda ordem devido à excentricidade das cargas verticais e prejudica a estabilidade da estrutura. Existem diversas possibilidades para minimizar os efeitos ocasionados pelos carregamentos sísmicos. Uma delas consiste na consideração da rigidez das alvenarias de vedação, modeladas como barras birrotuladas, que atuam como uma diagonal equivalente dentro de um pórtico 2D. A modelagem dessa diagonal equivalente é estudada por diversos autores, sendo que a largura equivalente desta diagonal varia, dependendo do autor, em até 200%. Nesse contexto, a presente pesquisa tem como objetivo a minimização do deslocamento relativo entre pavimentos (story drifts) de edifícios submetidos a carregamentos sísmicos, analisados no domínio do tempo e pelo método do espectro de resposta, a partir da utilização de pavimentos de controle, que consistem em andares do edifício em que a alvenaria possui função estrutural. Para a definição do andar do pavimento de controle, realiza-se um processo de otimização estrutural pelo Particle Swarm Optimization (PSO), que consiste num algoritmo meta-heurístico que simula a busca por comida de um enxame de pássaros. Obtém-se, por meio das análises, uma redução de até 80% do deslocamentos máximo da estrutura e de até 88% de redução do story drift. As análises realizadas no domínio do tempo e pelo espectro de resposta possuem valores quase coincidentes, sendo a diferença percentual máxima entre os métodos, considerando os story drifts, é de 3%. Os pavimentos de controle definidos pelo método PSO se encontram nos primeiros andares dos edifícios, o que se justifica, visto que os maiores story drifts se apresentam nessas regiões. Por fim, conclui-se que a consideração da alvenaria de vedação como composição da estrutura é uma alternativa viável e econômica, caso executada com o controle de qualidade exigido pelos códigos normativos.

Seismic loads, when considered in structural design, are responsible for large lateral displacements presented by the structure, which increases the second order effects due to the eccentricity of vertical loads and impairing its stability. There are several possibilities to minimize the effects caused by seismic loads, in this work, it is used the consideration of the masonry infill stiffness, modeled as truss bars, which act as a diagonal equivalent within a 2D frame. The modeling of this equivalent diagonal is studied by several authors, and the equivalent width of this diagonal varies, depending on the author, by up to 200%. Therefore, this work aims to minimize the story drifts of buildings subjected to seismic loads, analyzed in the time domain and by the response spectrum method, from the use of control floors, which consist of floors of the building in which the masonry has a structural function. To define the control floor, a structural optimization process is performed by the Particle Swarm Optimization (PSO) method, which consists of a meta-heuristic algorithm that simulates the search for food by a swarm of birds. Through the analyses, a reduction of up to 80% of the maximum displacement of the structure and a reduction of up to 88% of the story drift is obtained. The analyses performed in the time domain and by the response spectrum have almost coincident values, and the maximum percentage difference between the methods, considering the story drifts, is 3%. The control floors defined by the PSO method are the lowest floors of the buildings, which is justified, since the largest story drifts are presented in these regions. Finally, it is concluded that the consideration of masonry as a composition of the structure is a viable and economical alternative, if constructed with the quality control required by the normative codes.