Performance Based Design é um método para projetar estruturas com desempenho previsível para cargas inicialmente consideradas. Esta abordagem é usada para projetar um novo edifício ou avaliar uma estrutura existente. No projeto baseado no desempenho, os engenheiros civis determinam primeiro o desempenho específico das estruturas em consulta com o proprietário e depois procedem ao projeto ou avaliação da estrutura existente.
O projeto baseado no desempenho é frequentemente usado no contexto de carregamentos sísmicos. A avaliação da estrutura existente ou da estrutura de projeto em relação à provável carga sísmica é concluída primeiro. No entanto, na construção moderna, o projeto baseado no desempenho é agora usado em projetos de vento e terremotos, análise e projeto de explosões e análise de colapso progressivo.
Além disso, o comportamento dos elementos não estruturais também é levado em consideração no projeto de estruturas orientado para o desempenho.
Devido ao comportamento dinâmico das cargas a considerar, como as cargas de vento e de explosão, os engenheiros civis começaram agora a considerar estes tipos de construção.
Explicando melhor este conceito, primeiro selecionamos um nível de ocupação no qual a estrutura deve se comportar a uma carga inicialmente determinada com o proprietário. Por exemplo, considere um terremoto de magnitude 7,5. Em seguida, consideramos os valores de carga/aceleração relevantes para o projeto de terremoto baseado em desempenho. Agora conhecemos as entradas e saídas. Então alteramos a rigidez estrutural para utilizar essas cargas e saídas. Isto pode ser referido como projeto sísmico de edifícios baseado no desempenho.
Em resumo, os seguintes passos podem ser identificados no planeamento de construção orientado para o desempenho de um novo edifício.
- Estabeleça metas de desempenho para entradas específicas a serem consideradas.
- Prossiga para o primeiro rascunho
- Verifique se os resultados desejados foram alcançados.
A deformação da estrutura é avaliada quanto à deriva através do monitoramento do comportamento dos elementos estruturais e não estruturais. As limitações à deriva são estabelecidas em diretrizes como FEMA 273 e FEMA 356.
As restrições aplicáveis aplicam-se não apenas aos elementos verticais, mas também a outros elementos.
As diretrizes fornecidas na FEMA 356 podem ser usadas para definir níveis de desempenho. Podem ser especificados em termos da deformação/desvio lateral do edifício ou como formação das dobradiças.
O nível de ocupação possui três estados definidos com base na rotação do elemento. Eles são especificados de acordo com a rotação da dobradiça. A figura a seguir da FEMA 356 mostra a formação dos níveis de ocupação de acordo com a mudança global.
Conforme declarado na FEMA 356, existem três níveis de ocupação.
- Compra imediata
- Segurança do elevador
- Prevenção de colapso
Os níveis de ocupação também são definidos com base na deformação da estrutura conforme discutido anteriormente. A definição dos níveis de ocupação dos elementos estruturais é feita com base na rotação da dobradiça.
Embora o comportamento dos elementos seja o mostrado na figura acima, um comportamento simplificado é considerado na análise estrutural. A cura da força de deslocamento fornecida no manual do software de análise estrutural Sap2000 é mostrada na figura abaixo.
A variação de cada nível de ocupação é mostrada na figura acima. Além disso, o colapso não significa que eles desmoronem completamente. Existe alguma rigidez no membro estrutural depois que ele perde repentinamente a sua rigidez, conforme indicado pela área CDE da figura acima.
O comportamento do elemento é expresso pela rotação da dobradiça. A rotação da dobradiça pode ser especificada na figura a seguir. Especifica a rotação relativa e os níveis em que a dobradiça exibe cada nível de ocupação.
A figura acima foi extraída do software Sap2000.
A rotação do elemento ou dobradiça é definida pelo diagrama momento-curvatura. Se pudermos gerar o momento de curvatura de uma seção, isso poderá ser usado para gerar a curva de rotação da dobradiça. Sap2000 oferece esta possibilidade. Existem também outros softwares que oferecem essas opções.
Quando o perfil é criado usando o Profile Designer no SAP2000, o diagrama momento-curvatura necessário para criar a dobradiça é criado automaticamente. Isso nos permite definir a dobradiça.
Vamos discutir cada nível de ocupação.
Os níveis de ocupação são definidos para identificar o comportamento dos elementos estruturais e determinar o seu estado. Os níveis de ocupação representam o estado do elemento desde o estado operacional até a falha.
Conforme mencionado acima, a taxa de ocupação é uma indicação do grau de dano estrutural. Além disso, pode ser considerado como um nível de segurança para os moradores do edifício. Quanto maior a taxa de ocupação, maior o risco para as pessoas no edifício.
Vamos discutir cada nível de ocupação em detalhes.
Nível de potência para ocupação imediata
- Como o nome sugere, podemos entrar no edifício imediatamente após um evento repentino, como um terremoto ou uma explosão.
- O dano estrutural é menor
- Não há grandes fissuras na estrutura, são pequenas.
- Não há deformações permanentes na estrutura.
- Sistemas mecânicos como elevadores, sistemas de alarme e proteção contra incêndio, etc. estão funcionando corretamente.
- Os sistemas elétricos funcionam adequadamente mesmo quando o edifício está imediatamente ocupado.
- O aumento das tensões estruturais não é significativo em comparação com os seus valores limites. O ligeiro aumento pode ter resultado em pequenas fissuras.
- Lesões leves aos ocupantes, mas sem ferimentos graves ou perigo de vida
- As estruturas de aço também sentem a ocupação e é esperado um ligeiro escoamento.
Nível de desempenho de segurança de vida
- A deformação adicional do elemento estrutural leva a este nível de ocupação. Se considerarmos a mesma estrutura, é necessária uma carga superior à aplicada para atingir o nível de ocupação imediato para que os elementos estruturais se comportem no nível de ocupação que garanta a segurança da vida.
- Neste estado limite, grandes fissuras podem ser observadas na estrutura
- O estruturador é reparável.
- Os reparos incorrem em custos significativos.
- Pode ser que os elementos estruturais tenham perdido a rigidez devido à fissuração.
- Componentes não estruturais podem cair no palco
- As partições podem ser danificadas/quebradas pelos efeitos do cargas laterais.
- A queda de componentes não estruturais e outros objetos pode ferir os ocupantes.
- Com esta taxa de ocupação, as mortes são esperadas.
- No entanto, pode acontecer que pessoas caiam com ferimentos graves.
- Pode ocorrer deformação permanente dos componentes.
- Podem ocorrer danos significativos à tecnologia de construção, como elevadores.
- Além disso, as estruturas de aço também podem sentir a tensão significativamente.
- Avaliar o estado da estrutura e realizar os reparos necessários à ocupação do edifício.
Nível de desempenho de prevenção de colapso
- A estrutura não desabou. Projetamos estruturas para que, ao atingirem esse estágio limite, não entrem em colapso.
- Estes tipos de danos surgem porque a estrutura está sujeita a cargas laterais muito elevadas ou porque a sua rigidez é insuficiente para suportar as cargas laterais.
- Mesmo que a estrutura não tenha colapsado, algumas partes ou elementos estruturais podem ter falhado e colapsado.
- Os danos estruturais são significativos.
- A estrutura não é reparável e não pode ser reutilizada.
- Os ocupantes poderiam ter caído na água. Pode haver ferimentos. No entanto, a vida da maioria dos presos está segura.
- Os edifícios são projetados para se comportarem neste estado limite quando expostos a uma carga lateral muito elevada para evacuar os ocupantes.
- Se o edifício atingir esta ocupação, corre o risco de desabar. Para evitar mais mortes, uma evacuação deve ser realizada imediatamente.
- Uma extensão semelhante de danos também pode ser esperada em estruturas de aço. No entanto, o tipo de dano pode variar conforme o material muda. Normalmente são esperados erros de conexão.
Não linearidade de materiais em design baseado em desempenho
Considerar a não linearidade do material é um dos principais objetivos ao projetar estruturas para cargas mais elevadas que podem ser identificadas como incomuns. Terremotos e cargas explosivas são eventos raros aos quais a estrutura está exposta.
Se a estrutura se comportar na faixa linear sob cargas tão elevadas, será necessária uma rigidez muito alta para suportar essas cargas. Isto aumentará significativamente os custos para o proprietário do edifício.
Se há mais, por que não estão sendo usados?
Além da região linear, conforme discutido anteriormente, existe uma rigidez estrutural considerável.
Podemos permitir que a estrutura atue nestas áreas porque conhecemos o comportamento estrutural sob cargas tão extraordinárias.
Se conhecermos a carga esperada e o comportamento estrutural, poderemos utilizá-los de forma eficaz e eficiente.
Por exemplo, pode ser necessário que uma estrutura se comporte no limite de segurança quando cargas conhecidas são aplicadas. Portanto, são realizadas análises estruturais e de construção. Os elementos que resistem às cargas laterais devem ser dotados da rigidez necessária.
A figura acima mostra o diagrama tensão-deformação do concreto. Como mostrado na figura, a tensão varia com a deformação com base no confinamento do concreto.
Se o concreto for limitado, o elemento poderá suportar cargas adicionais. O design orientado para o desempenho leva em consideração esse tipo de característica para tirar o melhor proveito do design.
