Otimização de pórticos de aço de galpões por métodos metaheurísticos - Brasil, Giovanni Silveira (2022)
Este trabalho apresenta um estudo sobre o dimensionamento ótimo de pórticos rígidos de aço comumente encontrados em edificações industriais. É proposta uma metodologia que integra o programa comercial SAP2000 de análise estrutural com algoritmos de otimização metaheurísticos. O estudo trata de pórticos planos de vão único, simétricos e com cobertura inclinada, formados por colunas e vigas em perfis I soldados, em que as seções transversais desses elementos são otimizadas com o objetivo de minimizar o consumo de aço. O projeto dos pórticos considera a aplicação de cargas permanentes e de serviço, incluindo cargas de vento de acordo com a NBR 6123 (ABNT, 1988). O processo de dimensionamento dos pórticos é formulado como um problema não linear, em que as restrições de projeto para as combinações de carregamentos verificam os Estados Limites Últimos (ELU) e Estados Limites de Serviço (ELS) de acordo com as recomendações da NBR 8800 (ABNT, 2008). A altura total do perfil e a largura das mesas são consideradas como variáveis contínuas, enquanto as espessuras das chapas da alma e da mesa são limitadas a valores comerciais. Inicialmente é apresentado um estudo de desempenho dos algoritmos metaheurísticos Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) e Harmony Search (HS) para o projeto ótimo de pórtico plano. Em seguida, o algoritmo Harmony Search (que obteve o melhor desempenho) foi empregado para a otimização de pórticos com vãos entre 15 e 45 m e submetidos a ações de vento com velocidades básicas entre 35 e 45 m/s. Por fim, o estudo foi estendido à otimização de pórticos com elementos não prismáticos, obtidos pela variação linear da altura total dos perfis I. Os resultados obtidos nos experimentos numéricos indicam que a redução da massa é limitada pelo deslocamento lateral excessivo do pórtico, verificado em combinações de serviço que incluem a ação do vento. Como esperado, os algoritmos metaheurísticos foram eficientes para a obtenção de soluções quase-ótimas, mas apresentam convergência lenta e baixa confiabilidade para a determinação da solução ótima global. O emprego de elementos não-prismáticos proporciona uma economia média de aço entre 8% e 15%, sendo mais relevantes para pórticos com vãos maiores. No entanto, os elementos não-prismáticos são mais suscetíveis aos efeitos de segunda ordem local, devendo receber adequada atenção. Os pórticos estudados podem ser classificados como de pequena deslocabilidade, e os efeitos P-Delta não provocam aumento nos esforços internos dos elementos maiores que 2%.