Modelacao SAP2000

Análise de estruturas 3D com o

programa SAP2000 – V11.0.4

Hugo Rodrigues

2008

Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000

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1. Introdução

Este documento tem por finalidade auxiliar a modelação tridimensional de estruturas de betão

armado utilizando o SAP2000 (V11.04). Será apresentado um exemplo de um edifício de betão

armado, com 3 pisos, composto por lajes, vigas e pilares.

O SAP2000 é um programa de análise tridimensional de estruturas, que permite a utilização de

análises lineares e não-lineares estáticas e dinâmicas.


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2. Caso de Estudo

Pretende-se analisar um edifício com 3 pisos, composto por 2 pórticos principais espaçados de

4.8m, sendo o piso com lajes maciças de 18cm de espessura. Como restantes cargas

permanentes será considerado 1.5kN/m2, correspondente às paredes divisórias e 1.0kN/m2,

correspondente aos revestimentos. A figura seguinte ilustra as plantas esquemáticas do edifício.

Materiais: C20/25; A400.


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3. Iniciar um Novo Modelo

A análise do edifício tipo definido na figura anterior será efectuada com base num modelo de

cálculo 3D constituído por elementos de barra a simular as vigas e pilares e elementos de casca

para simular lajes. Teremos portanto uma análise 3D com 6 graus de liberdade por nó.

Existem diferentes formas de criar o modelo geométrico da estrutura em estudo. Esta pode ser

criada directamente no SAP ou no AUTOCAD.

Definição de um novo modelo no SAP

1 – Iniciar a definição de um novo modelo.

2 - No menu “File” seleccionar “New Model”

3 - Seleccionar o botão assinalado “Initialize

Model from Defaults with Units” e seleccionar

as unidades de trabalho pretendidas

4- Iniciar o modelo com a definição de uma

grelha de referência. Seleccionar o botão “Grid

Only”.”

A opção “grid only” permite a definição de uma

grelha de referência para desenho posterior da

estrutura.


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5 – A Janela de opção “Quick Grid Lines”

permite definir a grelha geral, número de

alinhamento necessários para desenhar o

modelo em X, Y e Z, assim como o

espaçamento entre alinhamentos que é muito

útil para estruturas regulares. Assim, para o

caso em estudo, é necessário algumas

adaptações à grelha no que se refere às cotas

em Z dos alinhamentos.

6 – No menu “Define” seleccionar “Coordinate

Systems/Grids”, para se proceder ao acerto da

grelha

7 – Seleccionar “Modify/Show System”, para

se proceder ao acerto da grelha


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8 – Alterar as coordenadas das linhas de

referência editando directamente os

respectivos valores nas janelas assinaladas

9 – Criar novas linhas de grelha editando

directamente.

10 – Alterar o tamanho da identificação da

grelha que aparecerá no modelo

11 – No final clicar em “OK”

Adicionar barras

1 – Na barra de tarefas à

esquerda seleccionar o botão

assinalado

2 – Seleccionar na caixa activa

a secção da barra a introduzir

3 – Definir a barra clicando em

dois nós da grelha definida

4 – Repetir as operações

anteriores para as restantes

barras


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Definição de um novo modelo no SAP com recurso ao AutoCAD

A estrutura pode ser criada directamente no SAP2000, mas é mais fácil desenhá-la no Autocad e

depois exportá-la para o SAP.

No AutoCAD:

Criar um layer para cada elemento da estrutura: Layer → New

Desenho tridimensional de todos os elementos estruturais. A estrutura deve ser colocada com

um ponto na origem (0,0,0), para facilitar a verificação das coordenadas dos nós no SAP200.

Vigas e pilares são desenhados com linhas e as lajes são definidas com 3D faces.


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No SAP2000

1 – Iniciar a definição de um novo modelo.

2 - No menu “File” seleccionar “New Model”

3 - Seleccionar o botão assinalado

“Initialize Model from Defaults with Units”

e seleccionar as unidades de trabalho

pretendidas

4- Iniciar o modelo em branco “blank”


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5 - Seleccionar o menu “File”.-

“Import” – “AutoCAD –dxf file”

6 - Seleccionar o ficheiro dxf com

o modelo definido.

7 - Abrir

8 - Seleccionar o eixo vertical e as

unidades

9 – Seleccionar “OK”


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9 - Seleccionar a layer a importar

10 – seleccionar “OK”

De forma a facilitar a futura manipulação da

estrutura podem ser criardos grupos

associando elementos estruturais. Por

exemplo:

1 – Seleccionar todos os pilares

2- Menu- “assign” – “Assign to Group”

3- Adicionar um novo grupo – Seleccionar

“add New Group”


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4 – Identificar o Grupo

5 - OK

Refazer a mesma acção para as vigas.

Para ver apenas um dos grupos: o procedimento é:

Com os grupos definidos pode ser visualizado

apenas os elementos de um determinado

grupo.

Selecionar o grupo que se pretende visualizar:

1 - Menu “select” – “Select”- “Groups”

2- Visualizar apenas o grupo seleccionado:

menu: “View”- “Show Selection only”


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Importar lajes

De forma idêntica à importação das barras,

procede-se agora à importação dos painéis de

laje. Ao importar as lajes estas ficam

seleccionadas e assim pode ser criado de

imediato um grupo para as lajes.

Refinamento da malha das lajes

Os painéis de lajes importados representam

apenas 1 elemento finito, assim este deve ser

refinado num maior número de elementos,

afim de representar melhor o comportamento

desenhado.

1 - Seleccionar as lajes: Menu “select” –

“Select”- “Groups” – seleccionar o grupo das

lajes

2 - Refinar os painéis de laje: menu “edit – edit

Areas – Divide Areas”

Existem duas opções de refinamento.

3 - Numero divisões em cada direcção ou

tamanho máximo de cada dimensão do

elemento.


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4. Definição de Materiais Lineares

1- Menu: “define” – “materials”

2 - Adicionar um novo material Seleccionar

“add New Material”

Neste menu podem ser geridos os materiais,

nomeadamente apagar, adicionar ou modificar

um material.

3 - Para a análise em causa deve identificar-se

o material, e alterar o módulo de elasticidade e

o peso volúmico.


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5. Definição das secções de barras

1 - Menu “define” – “Frame Sections”

Janela de gestão das secções tipo das barras,

onde podem ser adicionadas novas secções,

modificadas ou apagadas.

1 - Adicionar uma nova secção “add New

property”

2 – selecionar o tipo de secção betão, aço …

esta opção condiciona o tipo de secções que

se podem adicionar.

3 - Seleccionar – “concrete”

4 - Seleccionar – “Rectangular”


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5 – Identificar a secção

6 – Identificar o material tipo associado a esta

secção

7 – Indicar dimensões da secção

Todas as secções tipo definidas.


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6. Associar secções às respectivas barras

Seleccionar todas as vigas

1 - Menu “Select” – “Select” – “Groups” –

“Vigas”

2 – “Assign” – “Frame Sections”

3 - Seleccionar a secção tipo a associar aos

elementos seleccionados.

4 - OK

Fazer os passos anteriores para os pilares de canto e centrais.


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Verificar as secções:

É importante verificar as secções

introduzidas, principalmente se a direcção

considerada pelo programa corresponde à

direcção pretendida.

1 - Seleccionar o quadro de opção de

visualização: “set Display Options”

2 - Selecionar “extrude View”

3 - Verificar no programa as

dimensões das secções.


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7. Definição das secções das lajes

1 - Menu: “Define” – “Area Sections”

Permite gerir as secções tipo de lajes

2 - “add New Section”

3 - Identificar a laje

4 – Escolher o material tipo

5 – Identificar a espessura equivalente de

membrana e de flexão


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Para associar a secção tipo às lajes

existentes no modelo:

6 – Seleccionar as lajes: “Select” –

“Select” – “Groups” – “Lajes”

7 – Menu: “Assign” – “Area” – “Sections”

8 - Escolher a laje tipo previamente definida.


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8. Apoios

1 - Seleccionar os nós que se pretende

restringir algum dos graus de liberdade

2 - Menu: Assign – Joint - Restraints

Existe um menu com os apoios típicos.

3 – Seleccionar as restrições nodais

pretendidas ou seleccionar o apoio nos

atalhos.


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Podem ainda ser impostas outras condições

fronteira em nós:

1 – Seleccionar os nós

2 – “Assign” – “Joint” – “Springs”

3 - Pode impor-se molas num ou em vários

graus de liberdade dos nós seleccionados.


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9. Definições de Casos de Carga

1. Deve definir-se para cada acção um caso de

carga. Desta forma, será associado a cada caso de

carga o conjunto de cargas (distribuídas,

concentradas) da respectiva acção.

2. No menú “Define” seleccionar “Load Cases…”

3. Na caixa activa “Define Loads” adicionar os casos de carga alterando os parâmetros

assinalados e clicando no botão “Add New Load” - Se na acção DEAD (peso próprio) for

definido o coeficiente 1 no parâmetro “Self Weight Multiplier”, o programa inclui

automaticamente o peso próprio da estrutura definida (vigas, pilares e lajes).

4. Neste exemplo foram definidos 3

casos de carga correspondentes a:

- DEAD = peso próprio

- RCP = restantes cargas permanentes

- Sobrecarga1 = sobrecarga

5. Inseridas todas as acções clicar em “OK”


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10. Casos de Análise

1. Um caso de análise corresponde a um cálculo que se pretende

efectuar. Podemos definir um único caso de análise (cálculo estático

linear) incluindo nesta análise todos os casos de carga, ou definir um

caso de análise para cada caso de carga.

2. O programa estabelece por defeito um caso de análise associado a

cada caso de carga definido anteriormente. Esta modalidade é prática

facilitando a definição das combinações a efectuar.

3. Para verificarmos os casos de análise estabelecidos seleccionar no

menu “Define” - “Analysis Cases…”

Aparecem definidos os casos de análise

na caixa activa “Analysis Cases”

4. Seleccionando o botão “Modify/Show

Case…” podemos verificar na caixa

activa “Analysis Case Data” o tipo de

análise a efectuar (estática linear) e o/os

caso/s de carga associado/s ao caso de

análise.

5. No final clicar em “OK”


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11. Definição de combinações:

1 - No menu “Define” seleccionar

“Combinations…”

2 - Para definir uma nova combinação

clicar no botão “Add New Combo…”

3. Na caixa activa “Response

Combination Data” definir: - nome da

combinação (COMB1)

- Adicionar as acções e respectivos

coeficientes de combinação

4. No final clicar em “OK”

5. Repetir os pontos 2 a 4 para as

restantes combinações.


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12. Aplicação de cargas

Cargas em lajes

Seleccionar as lajes

1 - Aplicação de cargas

distribuídas nas lajes

2 - Seleccionar as lajes através

do ponteiro ou através da

selecção de grupos

3 - No menu “Assign”

seleccionar “Area Loads”

4 - Editar na caixa activa “Area Uniform

Loads” :

- o caso de carga

- o valor da carga

(no exemplo foi introduzido, no caso de

carga Sobrecarga, uma carga

distribuída de 2kN/m2 em todas as

lajes)

5 - No final clicar em “OK”

Nota: a direcção da gravidade está

associada à direcção do eixo Z no

sentido negativo


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13. Correr a análise

1. No menu “Analyze” seleccionar “Run

Analysis”

2. Verificar se na caixa activa

estão seleccionadas todas as

acções a calcular.

3. Seleccionar na caixa activa

o botão “Run Now”


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14. Visualização de resultados:

1 - Seleccionar no menu “Display” – “Show

Deformed Shape …”

2 - Seleccionar o caso de carga na caixa

activa “Deformed Shape”


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3 - Seleccionar com o rato um nó

e clicar no botão direito para

visualizar informação detalhada

dos deslocamentos do nó

Esforços nas barras

1 - Seleccionar no menu “Display” – “Show

Forces/Stresses” – “Frame/Cables”


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2 - Seleccionar o caso de carga e o esforço

pretendido na caixa activa “Member Force

Diagrams for Frames”

3 - Para visualizar informação

detalhada de uma barra, seleccionar

a barra com o rato e clicar no botão

direito. Aparece a caixa activa

“Diagrams for Frame …”


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15. Consideração do faseamento construtivo

Para proceder à consideração do faseamento construtivo é necessário ter o modelo global da

estrutura definido. Admitindo o exemplo construído neste documento, será demonstrada a

consideração do faseamento construtivo considerando 3 níveis de construção relativos aos 3

pisos do edifício.

Assim para proceder à definição das diferentes fases do processo construtivo a primeira acção é

definir grupos que agrupam os elementos relativos a cada fase.

1 - Selecção dos elementos relativos ao piso 1

2 – Menu “Assign” – “Assign to Groups”


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3 – Na janela de gestão de grupos, adicionar

um novo grupo “add New Group”

4 – Identificar o piso

5 – Verificar que a opção “StaticNL Structure

Stage” está seleccionada.”

6 – Repetir o passo 1 a 5 para os outros 2

pisos.

Estrutura com os 3 grupos definidos.


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Definição de um novo caso de análise

7 – Menu “Define” – “analysis cases”

8 – “Add New Case”

9 – Identificação do caso de Carga

10 – Seleccionar no tipo de analise

“Nonlinear Staged Construction”

11 – Na definição das fases construtivas,

definir 3 fases.


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12 – Selecção de uma fase construtiva

Na janela Data For Stage …(Fase escolhida no passo

anterior)

13 – Adicionar a estrutura relativa a essa fase

14 – Adicionar os casos de carga que devem estar

associados a essa fase construtiva.

15 – Repetir o passo 12 a 14 para as restantes fases

definidas.

Deve ainda ser tido em conta os resultados

que se pretendem da análise.

16 - Na opção “Results Saved” –

“Modify/Show”

17 – Seleccionar “end of Each Stage” para

visualizar os resultados de cada fase

construtiva definida.

A visualização dos resultados desta análise é semelhante ao explicado no ponto de visualização

de resultados, apenas é necessário identificar em que fase se pretendem ver os resultados.


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16. Validação dos Resultados

É fundamental proceder-se a verificações, durante e no fim da introdução dos dados, para

reduzir a possibilidade de erros.

Os resultados obtidos com este programa ou com qualquer outra ferramenta de cálculo só

devem ser considerados aceites depois de validados. Entenda-se por validação a verificação

com recurso a meios simplificados dos resultados.

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