Otimização da seção transversal de chapas perfiladas e madres ómega de aço enformado a frio

Abstract

A construção com elementos de aço enformado a frio tem vindo a conhecer um desenvolvimento exponencial nas últimas décadas por se tratar de uma solução leve, de fácil aplicação e, consequentemente, vantajosa do ponto de vista económico. A grande maioria dos estudos já realizados no domínio das estruturas em aço enformado a frio incide sobre o desempenho e otimização de elementos estruturais principais, nomeadamente pilares e vigas em estruturas de pequeno porte, e de madres para suporte de elementos de revestimento em estruturas de edifícios de múltiplos pisos ou em pavilhões industriais. Por outro lado, e apesar da crescente utilização de chapas de revestimento em aço enformado a frio, o estudo do desempenho e otimização destes elementos estruturais secundários é uma área ainda pouco desenvolvida. As chapas de revestimento em aço enformado a frio, apesar do reduzido peso próprio do material, muitas das vezes correspondem a uma parcela significativa do peso da estrutura, por cobrirem grandes vãos e, por conseguinte, a utilização de secções otimizadas poderá contribuir de forma decisiva para a redução do custo global da estrutura. A crescente popularidade do aço enformado a frio impulsionou o desenvolvimento de métodos para o cálculo da resistência dos elementos neste material e depressa surgiram normas de dimensionamento de elementos estruturais neste tipo de aço, normas que deverão ser tidas em consideração aquando do estudo do desempenho e otimização dos elementos. Neste contexto, a investigação realizada no âmbito desta dissertação pretende a otimização da forma da secção transversal de chapas perfiladas e da secção transversal de madres Ω, com base em estudos analíticos apoiados nas Partes 1-3 e 1-5 do Eurocódigo 3. Nos estudos desenvolvidos foram tidos em conta os parâmetros geométricos das secções, a classe do aço, a espessura da chapa e a possibilidade de introdução de reforços, em particular no que se refere às suas implicações na resistência à flexão dos elementos. Como resultado destes trabalhos de investigação, apresenta-se uma série de secções economicamente mais competitivas do que as atualmente disponíveis no mercado e, tanto quanto possível, otimizadas ao nível das propriedades de resistência à flexão.

In recent decades, the use of cold-formed steel (CFS) in structural members faced a significant growth due to their unique characteristics and wide range of structural applications. It allows the design of light structures, easy to build, resulting in economic solutions. Most of the available studies related to CFS structures focus on structural performance and optimization of main structural elements, such as beams and columns in small buildings, as well as purlins to support sheeting in multiple store and industrial buildings. On the other hand, and despite of the increasing use of steel sheeting, performance and optimization studies of these secondary elements is still an underdeveloped area. Sheeting profiles, in spite of the reduced weight of the material itself, often make up a significant portion of the structure’s weight, as they withstand very large spans, and therefore the use of optimized sections may give a crucial contribute for the reduction of structure´s overall cost. The growing popularity of CFS structures led to the development of calculation methods to predict the structural response of their members; consequently, some design standards for CFS structures have already been published and may be taken into account when studying the performance and optimizations of CFS elements. In this context, this research aims the optimization of CFS sheeting and CFS Ω purlins cross sections, based on analytical studies supported in Parts 1-3 and 1-5 of Eurocode 3. In these studies, the cross sections’ geometric parameters were taken into account, as well as the steel class, the plate thickness and the possibility of introducing reinforcements, in particular their implications on the elements’ flexural strength. As a result of this research, a series of cross sections more competitive than those currently available in the market and, as far as possible, with enhanced flexural strength, were presented.