Desenvolvimento de perfil metálico autoportante para construção metálica modular leve

Abstract

Neste trabalho procura desenvolver-se um perfil metálico autoportante baseado na geometria SIGMA capaz de substituir colunas de aço pesado ocupando a mesma área no chão do edifício enquanto permite aumentar a eficiência do uso de matéria-prima. Primeiro aborda-se a história da construção, as suas técnicas e materiais, desde os primórdios até à atualidade, a origem da construção metálica leve bem como as suas grandes vantagens, desvantagens e possíveis aplicações seguido do desenvolvimento do perfil propriamente dito. O perfil é desenvolvido através da alteração sucessiva da dimensão das várias faces e avaliação da influência dessas alterações nos momentos de inércia do perfil, especialmente em Iyy, que é o eixo onde o momento para perfis baseados na geometria SIGMA é menor e se torna no fator limitativo. Depois este perfil é comparado com as vigas e colunas em aço pesado que servem de referência através de um exemplo de uma solicitação à encurvadura e é feita a correlação entre cada um dos vários tamanhos de perfil leve e os perfis de aço pesado que melhor substitui. Conclui-se, analisando a relação carga suportada / peso da viga que os perfis leves são capazes de substituir os de aço pesado uma vez que se conseguem melhorias entre os 30 e os 85 % e entre os 37 e os 100 % quando comparando os perfis de largura 140 mm e 200 mm com as vigas do tipo IPE respetivamente. Perfis de largura 140 mm não comparam favoravelmente com as vigas do tipo HEA. Conseguem-se melhorias entre 26 e 73 % e entre 29 e 83 % quando comparando os perfis de largura 200 mm e os de largura 240 mm com as vigas do tipo HEA respetivamente. Quando comparadas as vigas IPE com os perfis de largura 200 e 240 mm apresentam melhorias entre 41 e os 115 %, que são melhorias significativas.

This work seeks to develop a self-supporting metallic profile based on SIGMA geometry capable of replacing heavy steel columns occupying the same area on the floor of the building while allowing to increase the efficiency of the use of raw materials. First, it addresses the history of construction, its techniques and materials, from the beginning to the present, the origin of light metal construction as well as its great advantages, disadvantages and possible applications, followed by the development of the profile itself. The profile is developed by successively changing the dimension of the various faces and evaluating the influence of these changes on the moments of inertia of the profile, especially in Iyy, which is the axis where the moment for profiles based on the SIGMA geometry is smaller and becomes the factor limiting. This profile is then compared with the heavy steel beams and columns that serve as a reference through an example of a buckling stress and a correlation is made between each of the various sizes of light profile and the heavy steel profiles it best replaces. It is concluded, analyzing the load supported / weight ratio of the beam that light profiles are able to replace heavy steel since improvements between 30 and 85 % and between 37 and 100 % are achieved when comparing the profiles width 140 mm and 200 mm with IPE type beams respectively. Profiles with a width of 140 mm do not compare favorably with beams of the HEA type. Improvements between 26 and 73% and between 29 and 83% are achieved when comparing the profiles with a width of 200 mm and those with a width of 240 mm with the HEA type beams respectively. When comparing the IPE beams with the 200 and 240 mm width profiles, they show improvements between 41 and 115 %, which are significant improvements.