Desenvolvimento de ferramentas BIM no âmbito do cálculo estrutural em situação de incêndio

Este trabalho insere-se no âmbito de um estágio curricular realizado no gabinete de projetos SE2P, durante o qual foram desenvolvidas ferramentas de cálculo estrutural em situação de incêndio, integradas numa metodologia de trabalho que segue os princípios inerentes à tecnologia BIM (Building Information Modeling). Em particular foi implementado um procedimento de análise ao fogo segundo os modelos simplificados prescritos pelos Eurocódigos. Estes modelos garantem a segurança estrutural, permitindo, de forma rápida e eficiente, a determinação das necessidades de proteção passiva para diferentes cenários, tendo em vista a obtenção da solução mais económica. Esta dissertação, para além da apresentação do trabalho desenvolvido em regime de estágio curricular, objetivou dotar o leitor de um documento que introduza os principais conceitos relativos ao cálculo estrutural em situação de incêndio, indicando as várias opções de análise e respetivas vantagens e desvantagens, ajudando a definir a sua adequabilidade ao projeto em estudo. Neste contexto é efetuada uma introdução geral ao fenómeno do fogo e às medidas mais correntes de proteção, indicando-se os documentos normativos aplicáveis tanto ao cálculo estrutural como aos materiais de proteção. É também abordada a interação entre as várias normas que devem ser consultadas quando é efetuada uma análise ao fogo, e quais se aplicam a cada fase da análise. Efetua-se uma clara distinção entre a análise do comportamento térmico e mecânico, indicando-se as principais propriedades dos materiais em função do tipo de análise e a forma como são afetadas pela temperatura. No campo da análise do comportamento térmico faz-se essencialmente referência aos modelos de cálculo simplificados do desenvolvimento da temperatura em elementos metálicos e vigas mistas, com e sem proteção passiva. No que concerne ao campo da análise do comportamento mecânico são descritos os modelos de cálculo simplificados para a verificação da segurança estrutural atendendo às ações e combinações em situação de incêndio e à perda de resistência a temperaturas elevadas. Relativamente ao trabalho desenvolvido na SE2P, relativo ao desenvolvimento de ferramentas de cálculo e a sua implementação na análise ao fogo, realiza-se uma descrição detalhada de todo o processo, e da forma como se integra no conceito BIM, utilizando informações provenientes da modelação das estruturas e introduzindo novos dados ao modelo. Realizou-se também a aplicação de todo o procedimento de análise e das ferramentas desenvolvidas, a um caso de estudo baseado num edifício de habitação. Este caso de estudo serviu também para criar cenários de otimização utilizando-se referências de preços de mercado para o aço, sua transformação em fábrica e sistemas de proteção passiva, demonstrando-se a dificuldade em encontrar caminhos rápidos e diretos de decisão no processo de otimização.

This thesis concerns a traineeship program conducted in the structural design office SE2P, during which structural calculation tools have been developed for fire analysis, integrated into a working methodology that follows the main principles of BIM (Building Information Modeling). In particular it was implemented a procedure according to simplified models prescribed by the Eurocodes. These models guarantee the structural safety, enabling the speed required for the determination of passive protection needs for different scenarios, with the objective of obtaining the most economically advantageous solution. Moreover, this work intends to provide the reader a simple and comprehensive document that describes the main concepts related to structural design under fire conditions, enumerating the various analysis options and their advantages and disadvantages, helping define their suitability for the project under study. Therefore, it is introduced the fire phenomenon and the most common measures of protection, indicating normative documents applicable to both structural design and protective materials. It also addressed the interaction between the various standards that should be consulted when the fire analysis is carried out, and which apply to each step into the analysis procedure. Furthermore, a clear distinction between the analysis of the thermal and mechanical behavior is made, referring to the properties of materials with influence in the analysis, and how these are affected by high temperatures. In the field of thermal behavior, the main focus is given to simplified calculation models of temperature-time development in steel and composite beams with and without passive fire protection. In mechanical behavior focus is on the simplified calculation models for the verification of structural safety, regarding the actions in fire conditions and their combinations, and the resistance loss at high temperatures. Concerning the work developed in SE2P, it is described the development and implementation of the fire calculation tools and procedure, and how the concept integrates BIM using information from the BIM model and introducing new data to it. It was also conducted an application of the entire procedure and analysis tools developed on a case study, based on a project evaluated by SE2P. This case study also aided to create optimization scenarios using reference market prices for steel, its transformation and passive protection systems, demonstrating the difficulty in trying to find quick and direct decision paths in the optimization process.