Modeling of reinforced concrete buildings with membrane forces in slabs

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA presente dissertação foca-se na problemática da modelação de edifícios de betão armado em que os esforços membranares (axiais) em lajes não são desprezáveis. Estes podem ocorrer na presença de ações verticais, quando existem paredes em consola com balanço significativo e que transmitem esforços de membrana através das lajes para os elementos verticais resistentes às ações horizontais.Através do software de cálculo estrutural Autodesk Robot Structural Analysis Professional são estudadas duas possibilidades de modelação: modelação através do método dos elementos finitos tipo casca (considerando as trações de forma direta) e modelação através de treliças espaciais (usando os conceitos do modelo de escoras e tirantes para uma melhor análise à transmissão de esforços).A possibilidade de conceção e modelação através do mesmo software é ainda testada com a inclusão de pré-esforço por pós-tensão nas lajes. Nesta possibilidade são abordadas duas hipóteses: a primeira relacionada com a implementação de um pré-esforço moderado apenas para compensação das trações membranares presentes na laje, e a segunda relacionada com uma implementação mais generalizada do pré-esforço a fim de equilibrar grande parte das ações gravíticas.Posteriormente os resultados obtidos através do software de cálculo para a solução pré-esforçada serão comparados com a atual solução implementada em obra. Esta dissertação é suportada por um caso de estudo real, sendo este um edifício de betão armado atualmente em construção, localizado em Coimbra, e onde esta problemática foi condicionante.The present dissertation focuses on the problem of the modeling of reinforced concrete buildings for which membrane stresses on slabs are not negligible. These may occur in the presence of vertical actions when cantilever walls with significant dimensions transfer membrane stresses through the slabs to the vertical elements that resist to the horizontal actions.Using the Autodesk Robot Structural Analysis Professional software, two possibilities of modeling the slabs are studied: by using the finite element method (considering the tensions directly) and modeling using space trusses that is an application of the strut-and-tie method for better analysis of the transmission of the stresses.The possibility of designing and modeling through the same software is further tested with the inclusion of pre-stress by post-tensioning the slabs. In this possibility two hypotheses are approached: the first one related to the implementation of a moderate pre-stress only to compensate the membrane stresses present in the slab and second one with a more generalized implementation of the pre-stress with the purpose to balance much of the gravitational actions.Subsequently the results obtained through the calculation software for the pre-stressed solution will be compared with the current solution implemented in the building.This dissertation is supported by a real case study, this one being a concrete building currently under construction, located in Coimbra, where this problem was governing the design