Análise comparativa de soluções estruturais em aço em pavilhoes industriais

Abstract

Na construção de pavilhões industriais, as estruturas metálicas têm vindo a perder competitividade em relação às estruturas em betão armado (pré-fabricado), principalmente, devido à regulamentação prescritiva de segurança contra incêndios (ISO 834) que muitas vezes é adotada, que tem penalizado sistematicamente as soluções em aço. A abordagem com base no desempenho (utilizando o OZone 3 com modelos até duas zonas) recorrendo a modelos de incêndios naturais, tendo em conta várias características do edifício em análise, pode conduzir a soluções mais otimizadas. Uma outra forma de aumentar a competitividade das estruturas em aço, passa por otimizar a proteção passiva, nomeadamente a espessura de tinta intumescente (que representa um peso significativo no custo total da estrutura metálica), sendo feito um balanço entre otimização estrutural (peso) e otimização dessa espessura. Ou seja, se economicamente é mais benéfico ter uma secção mais esbelta, com menos peso mas com maior necessidade de proteção passiva, ou, se por outro lado, uma secção mais pesada mas com menor necessidade de proteção passiva. Nesta dissertação será feito um estudo comparativo entre soluções metálicas (com base na aplicação em pavilhões industriais) considerando diferentes classes de aço, nomeadamente S275, S355 e S460. Por outras palavras, se compensa ter uma estrutura globalmente mais pesada em aço da classe S275, cujo custo unitário é menor, contrapondo com uma solução em aço da classe S355 ou em aço de alta resistência S460, que será mais leve, mas que terá um custo unitário superior. Esta análise irá ter em conta o comportamento estrutural do edifício, contemplando vários parâmetros do dimensionamento como, a deformação, encurvadura, entre outros, em que a mudança de classe de aço poderá já não trazer grandes benefícios no desempenho global da estrutura. Por último, será feita uma avaliação da sustentabilidade da solução em aço comparativamente com a solução em betão, através duma análise de ciclo de vida das soluções estruturais analisadas, já que este requisito será cada vez mais um fator diferenciador na seleção das soluções estruturais, respondendo aos desafios lançados no pacto ecológico europeu.

In the construction of industrial buildings, steel structures have been losing competitiveness comparing to reinforced concrete structures (precast), mainly, due to the prescriptive fire safety regulation (ISO 834) that is often adopted, which has systematically penalized steel solutions. The performance-based approach (using OZone 3 with models up to two zones), with models of natural fires, taking into account various characteristics of the building under analysis, may lead to more optimized solutions. Another way to increase the competitiveness of steel structures is to optimize passive protection, particularly the thickness of intumescent paint (which represents a significant weight in the total cost of the metal structure), with a balance being made between structural optimization (weight) and paint thickness optimization. This means, if economically it is more beneficial to have a slender section, with less weight but greater need for passive protection, or, if on the other hand, a heavier section but less need for passive protection. In this thesis a comparative study will also be made between metal solutions (based on application in industrial buildings) considering different grades of steel, namely S275, S355 and S460. In other words, if pays to have an overall heavier structure in grade S275 steel, whose cost per kg is lower, as opposed to a solution in grade S355 steel or high-resistance steel S460, which will be lighter but will have a higher cost per kg. This analysis will take into account the structural behaviour of the building, contemplating several design parameters such as deformation, buckling, among others, in which the change of steel grades may no longer bring great benefits to the overall performance of the structure. Finally, the sustainability of the steel solution will be assessed, through a life cycle analysis of the structural solutions, as this requirement will increasingly be a differentiating factor in the selection of the structural solutions, responding to the challenges launched in the European ecological pact.