Análise do desempenho estrutural em edifícios altos de concreto armado com lajes lisas

Abstract

O sistema estrutural de lajes lisas é caracterizado pelas placas de laje apoiadas diretamente sobre os pilares, sem o uso de vigas. Este sistema quando utilizado em edifícios de múltiplos pavimentos possui diversas vantagens, como a versatilidade no uso do pavimento, autonomia para instalações e relativa simplificação dos custos de execução. Em contrapartida, há pontos críticos na configuração deste sistema que solicitam cautela na análise estrutural, como a instabilidade global, questão sensível em edifícios de múltiplos pavimentos devido às cargas laterais, como a incidência de vento. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é o estudo do desempenho estrutural em edifícios em concreto armado de lajes lisas. A partir do projeto executivo de um edifício com 38 pavimentos foram propostas quatro análises paramétricas a fim de se analisar o impacto de variações no comportamento estrutural do modelo, sendo essas: verificação do uso de vigas de borda, estudo de variação da espessura das lajes, estudo da variação da espessura das paredes do núcleo, e, inclusão de elementos de outrigger e belt-truss. Também foi realizada uma análise sequencial construtiva, a qual apontou para pontos críticos a serem observados no dimensionamento do modelo. Os parâmetros que embasaram os estudos paramétricos foram obtidos via análise estática não linear e modal no software de elementos finitos ETABS. Entre as propostas analisadas, a inclusão dos elementos de outrigger se destacou pela redução do deslocamento no topo mantendo as reações verticais com baixa variação. De forma similar, a proposta de adoção de vigas de borda apresentou considerável diminuição no deslocamento horizontal. Estas duas soluções, porém, implicam na adição de elementos construtivos na fachada. Os modelos que mantêm fachada e pavimento interno livres estudaram a variação de espessura de laje, onde também foram obtidos resultados satisfatórios para a redução no deslocamento horizontal, entretanto, houve um aumento proporcional nas reações verticais. O modelo utilizado para analisar a variação da espessura das paredes do núcleo rígido apresentou maior sensibilidade, confirmando a importância deste elemento estrutural no sistema que resiste às forças laterais em edifícios de lajes lisas.

The flat slab structural system is characterized by direct support of slab plates on columns, without using beams. This system offers advantages in multi-story buildings, such as floor use flexibility, installation adaptability, and simplified construction costs. However, the structural analysis of high-rise buildings with flat slabs must capture accurately the lateral response by accounting for nonlinearities which may lead to global instability, a major high-rise building. The goal of this study is to investigate the structural performance of a concrete flat slab building. Four parametric analyses were conducted to evaluate the impact of variations in the model's structural behavior. These analyses included investigating perimeter beam usage, slab thickness variations, changes in core wall thickness, and incorporating outrigger and belt-truss elements. Additionally, a sequential construction analysis identified crucial aspects to be considered during the model's design. The parameters for the parametric studies were obtained through non-linear static and modal analyses using the finite element software ETABS. Among the proposed analyses, the incorporation of outrigger elements notably reduced the horizontal displacement and had a low impact on the vertical reactions value. Similarly, the adoption of edge beams in the typical floor significantly reduced horizontal displacement. However, both solutions involve adding construction elements to the facade, which disrupts the concept of a free facade design. Models which explored slab thickness variations resulted in satisfactory reductions in horizontal displacement with proportional increases in vertical reactions. The model developed for analyzing variations in the thickness of the rigid core walls exhibited higher sensitivity, thereby confirming the structural element's importance in the lateral forceresisting system of flat slab buildings.