Abstract Seeking to define more robust and executable structures, this article presents a computational framework for the optimal design of steel truss frames, which integrates two software of great prominence in structural engineering, MATLAB and ANSYS. Computational interfaces were created to enable the automation of the iterative optimization process. The optimization algorithm and computational interfaces were developed on the MATLAB platform, while structural analyses were performed with the ANSYS Mechanical APDL platform. Some details of the computational implementation are presented herein. The objective is to minimize the cost of structures by determining the optimal positioning of nodal coordinates and the optimal choice of commercially available structural profiles - shape and size optimization, respectively. For shape optimization, a computational model was defined to automatically generate the geometry of the structure, maintaining some intrinsic relations of symmetry and collinearity between elements. The design constraints are critical nodal displacements, stresses, and slenderness of elements, following the requirements of ABNT NBR 8800:2008. To exemplify the application of the proposed methodology, this article presents the optimal design of trusses for roofs of industrial sheds, considering its non-linear geometric behavior, typical of this type of structure.

resumo As práticas atuais em engenharia estrutural exigem cada vez mais conhecimento e expertise, em relação à estabilidade de estruturas, por parte dos profissionais da área. Este artigo implementa procedimentos normativos de análise de segunda ordem aproximada de estruturas de aço e concreto armado, com o objetivo de comparar as metodologias aproximadas entre si e com uma análise de elementos finitos geometricamente exata realizada no Ansys 14.0. Os seguintes métodos são tratados nesse trabalho: Método da Amplificação dos Esforços Solicitantes, da NBR 8800:2008; o método do Coeficiente γ z, da NBR 6118:2014; o método P-Delta iterativo e o método do Coeficiente α c r, da EN 1993-1-1:2005. É apresentada uma revisão bibliográfica a respeito dos métodos normativos e como são tratadas as não linearidades de materiais e geométricas. Exemplos numéricos estão incluídos, de onde são extraídas as informações para a comparação entre as metodologias. Em resumo, os métodos apresentados mostram boa correlação de resultados quando aplicados dentro dos respectivos limites de aplicabilidade recomendados, dos quais, o Eurocódigo 3 aparenta ter a maior faixa de aplicabilidade. Os métodos aproximados tratados mostram ser mais adequados para estruturas aporticadas regulares e sujeitas à carregamentos regulares.

abstract: Current practices in structural engineering demand ever-increasing knowledge and expertise concerning stability of structures from professionals in this field. This paper implements standardized procedures for geometrically nonlinear analysis of steel and reinforced concrete structures, with the objective of comparing methodologies with one another and with a geometrically exact finite element analysis performed with Ansys 14.0. The following methods are presented in this research: Load Amplification Method, from NBR 8800:2008; the γ z coefficient method, from NBR 6118:2014; the P-Delta iterative method and the α c r coefficient method, prescribed in EN 1993-1-1:2005. A bibliographic review focused on standardized approximate methods and models for consideration of material and geometric nonlinearities is presented. Numerical examples are included, from which information is gathered to ensure a valid comparison between methodologies. In summary, the presented methods show a good correlation of results when applied within their respective recommended applicability limits, of which, Eurocode 3 seems to present the major applicability range. The treated approximate methods show to be more suitable for regular framed structures subjected to regular load distributions.

Resumo O diafragma externo na ligação entre viga metálica de seção I e pilar metálico tubular de seção circular tem por objetivo o aumento na eficácia da transferência dos esforços. A proposta é dar alternativas ao uso desse sistema estrutural, reduzindo a limitação imposta por sua simples ligação ao se adicionar esse elemento, similar a um anel, que envolve o pilar e é conectado à mesa da viga. As pesquisas com diafragma externo tiveram início na década de 1970 no Japão, onde foram feitas análises teóricas e experimentais de sua aplicação. No Brasil os primeiros estudos ocorreram em 2005, porém as normas de estruturas em aço brasileiras ainda não abordam esse assunto. Neste trabalho são feitas análises numéricas da ligação com diafragma externo entre viga de seção I e pilar tubular de seção circular para diferentes larguras e espessuras desse enrijecedor, em que é constatado o considerável aumento da resistência e da rigidez da ligação.

Abstract The external diaphragm in the connection between an I metal beam section and a hollow section tubular column is designed to increase efficiency in transfer of its efforts. This study aims at offering alternatives to the use of this structural system, reducing the limit imposed by its simple connection when this element is added, like a ring that surrounds the column and is connected to the beam flange. Studies investing the external diaphragm began in the 1970s in Japan, where theoretical and experimental analyses of its application were carried out. In Brazil, the first studies took place in 2005, but Brazilian steel structure standards have not yet addressed this issue. In this study numerical analyses were performed on connections with external diaphragm between I-beam section and hollow section tubular column for different widths and thicknesses of this stiffener. The analyses showed that there was considerable increase in the strength and stiffness of the connection.

O estudo de novas técnicas e processos construtivos mais eficientes e racionais vem sendo alvo de muitos pesquisadores. O conhecimento do método construtivo aço-concreto e de seu processo construtivo industrializado de produção mostra-se como um importante agente de transformação numa indústria tradicionalmente baseada na construção de estruturas em concreto armado. Na busca de novas técnicas e processos construtivos, objetivando a racionalização na construção, a utilização de pilares mistos em sistemas estruturais apresenta eficiência significativa. Nesse trabalho, é feita uma ampla abordagem sobre os pilares mistos aço-concreto, avaliando a viabilidade da utilização de pilares mistos para uma racionalização na construção civil brasileira. Também são feitos alguns estudos comparativos de custo entre os pilares mistos aço-concreto, entre pilares mistos aço-concreto e pilares de concreto armado e entre pilares misto aço-concreto e pilares de aço, utilizando preços praticados na região da Grande Vitória.

The study of new techniques and effective constructive processes has been the target of many researchers. Knowledge of the steel-concrete constructive method and its industrialized production process has served as an important transformation agent in an industry traditionally based on reinforced concrete structure construction. In the quest for new constructive techniques that rationalize construction, the use of steel-concrete composite columns in structural systems is significantly effective. This research broadly approaches steel-concrete composite columns, evaluating their viability in rationalizing Brazilian civil construction. Using the prices in Greater Vitória, some studies were conducted. They include a comparative study of the cost of: steel-concrete composite columns, reinforced concrete columns and steel-concrete composite columns, and steel-columns and steel-concrete composite columns.