Apostila curso SAP 2000

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Análise de estruturas 3D com o 
programa SAP2000 – V11.0.4 
 
 
 
 
 
 
Hugo Rodrigues 
2008 
 
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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1. Introdução 
Este documento tem por finalidade auxiliar a modelação tridimensional de estruturas de betão 
armado utilizando o SAP2000 (V11.04). Será apresentado um exemplo de um edifício de betão 
armado, com 3 pisos, composto por lajes, vigas e pilares. 
 
O SAP2000 é um programa de análise tridimensional de estruturas, que permite a utilização de 
análises lineares e não-lineares estáticas e dinâmicas. 
 
 
 
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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2. Caso de Estudo 
Pretende-se analisar um edifício com 3 pisos, composto por 2 pórticos principais espaçados de 
4.8m, sendo o piso com lajes maciças de 18cm de espessura. Como restantes cargas 
permanentes será considerado 1.5kN/m2, correspondente às paredes divisórias e 1.0kN/m2, 
correspondente aos revestimentos. A figura seguinte ilustra as plantas esquemáticas do edifício. 
Materiais: C20/25; A400. 
 
 
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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3. Iniciar um Novo Modelo 
A análise do edifício tipo definido na figura anterior será efectuada com base num modelo de 
cálculo 3D constituído por elementos de barra a simular as vigas e pilares e elementos de casca 
para simular lajes. Teremos portanto uma análise 3D com 6 graus de liberdade por nó. 
Existem diferentes formas de criar o modelo geométrico da estrutura em estudo. Esta pode ser 
criada directamente no SAP ou no AUTOCAD. 
 
Definição de um novo modelo no SAP 
 
1 – Iniciar a definição de um novo modelo. 
2 - No menu “File” seleccionar “New Model” 
 
 
 
3 - Seleccionar o botão assinalado “Initialize 
Model from Defaults with Units” e seleccionar 
as unidades de trabalho pretendidas 
4- Iniciar o modelo com a definição de uma 
grelha de referência. Seleccionar o botão “Grid 
Only”.” 
A opção “grid only” permite a definição de uma 
grelha de referência para desenho posterior da 
estrutura. 
 
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5 – A Janela de opção “Quick Grid Lines” 
permite definir a grelha geral, número de 
alinhamento necessários para desenhar o 
modelo em X, Y e Z, assim como o 
espaçamento entre alinhamentos que é muito 
útil para estruturas regulares. Assim, para o 
caso em estudo, é necessário algumas 
adaptações à grelha no que se refere às cotas 
em Z dos alinhamentos. 
 
 
 
 
 
6 – No menu “Define” seleccionar “Coordinate 
Systems/Grids”, para se proceder ao acerto da 
grelha 
 
 
 
 
 
 
7 – Seleccionar “Modify/Show System”, para 
se proceder ao acerto da grelha 
 
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8 – Alterar as coordenadas das linhas de 
referência editando directamente os 
respectivos valores nas janelas assinaladas 
9 – Criar novas linhas de grelha editando 
directamente. 
10 – Alterar o tamanho da identificação da 
grelha que aparecerá no modelo 
11 – No final clicar em “OK” 
 
Adicionar barras 
 
1 – Na barra de tarefas à 
esquerda seleccionar o botão 
assinalado 
2 – Seleccionar na caixa activa 
a secção da barra a introduzir 
3 – Definir a barra clicando em 
dois nós da grelha definida 
4 – Repetir as operações 
anteriores para as restantes 
barras 
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Definição de um novo modelo no SAP com recurso ao AutoCAD 
A estrutura pode ser criada directamente no SAP2000, mas é mais fácil desenhá-la no Autocad e 
depois exportá-la para o SAP. 
No AutoCAD: 
 
Criar um layer para cada elemento da estrutura: Layer → New 
 
Desenho tridimensional de todos os elementos estruturais. A estrutura deve ser colocada com 
um ponto na origem (0,0,0), para facilitar a verificação das coordenadas dos nós no SAP200. 
Vigas e pilares são desenhados com linhas e as lajes são definidas com 3D faces. 
 
 
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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No SAP2000 
 
1 – Iniciar a definição de um novo modelo. 
2 - No menu “File” seleccionar “New Model” 
 
 
 
 
3 - Seleccionar o botão assinalado 
“Initialize Model from Defaults with Units” 
e seleccionar as unidades de trabalho 
pretendidas 
4- Iniciar o modelo em branco “blank” 
 
 
 
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5 - Seleccionar o menu “File”.- 
“Import” – “AutoCAD –dxf file” 
 
 
 
6 - Seleccionar o ficheiro dxf com 
o modelo definido. 
7 - Abrir 
 
 
 
8 - Seleccionar o eixo vertical e as 
unidades 
9 – Seleccionar “OK” 
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9 - Seleccionar a layer a importar 
10 – seleccionar “OK” 
 
 
 
 
 
 
 
De forma a facilitar a futura manipulação da 
estrutura podem ser criardos grupos 
associando elementos estruturais. Por 
exemplo: 
1 – Seleccionar todos os pilares 
 
 
 
2- Menu- “assign” – “Assign to Group” 
 
 
 
 
 
 
 
3- Adicionar um novo grupo – Seleccionar 
“add New Group” 
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4 – Identificar o Grupo 
5 - OK 
 
Refazer a mesma acção para as vigas. 
 
Para ver apenas um dos grupos: o procedimento é: 
 
Com os grupos definidos pode ser visualizado 
apenas os elementos de um determinado 
grupo. 
 
Selecionar o grupo que se pretende visualizar: 
1 - Menu “select” – “Select”- “Groups” 
 
 
2- Visualizar apenas o grupo seleccionado: 
menu: “View”- “Show Selection only” 
 
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Importar lajes 
 
De forma idêntica à importação das barras, 
procede-se agora à importação dos painéis de 
laje. Ao importar as lajes estas ficam 
seleccionadas e assim pode ser criado de 
imediato um grupo para as lajes. 
 
Refinamento da malha das lajes 
 
Os painéis de lajes importados representam 
apenas 1 elemento finito, assim este deve ser 
refinado num maior número de elementos, 
afim de representar melhor o comportamento 
desenhado. 
1 - Seleccionar as lajes: Menu “select” – 
“Select”- “Groups” – seleccionar o grupo das 
lajes 
2 - Refinar os painéis de laje: menu “edit – edit 
Areas – Divide Areas” 
 
 
Existem duas opções de refinamento. 
3 - Numero divisões em cada direcção ou 
tamanho máximo de cada dimensão do 
elemento. 
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4. Definição de Materiais Lineares 
 
1- Menu: “define” – “materials” 
 
 
2 - Adicionar um novo material Seleccionar 
“add New Material” 
 
Neste menu podem ser geridos os materiais, 
nomeadamente apagar, adicionar ou modificar 
um material. 
 
3 - Para a análise em causa deve identificar-se 
o material, e alterar o módulo de elasticidade e 
o peso volúmico. 
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5. Definição das secções de barras 
 
1 - Menu “define” – “Frame Sections” 
 
 
Janela de gestão das secções tipo das barras, 
onde podem ser adicionadas novas secções, 
modificadas ou apagadas. 
1 - Adicionar uma nova secção “add New 
property” 
 
2 – selecionar o tipo de secção betão, aço … 
esta opção condiciona o tipo de secções que 
se podem adicionar. 
3 - Seleccionar – “concrete” 
4 - Seleccionar – “Rectangular”Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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5 – Identificar a secção 
6 – Identificar o material tipo associado a esta 
secção 
7 – Indicar dimensões da secção 
 
 
Todas as secções tipo definidas. 
 
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6. Associar secções às respectivas barras 
 
Seleccionar todas as vigas 
1 - Menu “Select” – “Select” – “Groups” – 
“Vigas” 
2 – “Assign” – “Frame Sections” 
 
 
3 - Seleccionar a secção tipo a associar aos 
elementos seleccionados. 
4 - OK 
 
Fazer os passos anteriores para os pilares de canto e centrais. 
 
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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Verificar as secções: 
 
É importante verificar as secções 
introduzidas, principalmente se a direcção 
considerada pelo programa corresponde à 
direcção pretendida. 
1 - Seleccionar o quadro de opção de 
visualização: “set Display Options” 
 
 
2 - Selecionar “extrude View” 
 
 
3 - Verificar no programa as 
dimensões das secções. 
 
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7. Definição das secções das lajes 
 
1 - Menu: “Define” – “Area Sections” 
 
 
 
Permite gerir as secções tipo de lajes 
2 - “add New Section” 
 
 
3 - Identificar a laje 
4 – Escolher o material tipo 
5 – Identificar a espessura equivalente de 
membrana e de flexão 
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Para associar a secção tipo às lajes 
existentes no modelo: 
6 – Seleccionar as lajes: “Select” – 
“Select” – “Groups” – “Lajes” 
7 – Menu: “Assign” – “Area” – “Sections” 
 
 
8 - Escolher a laje tipo previamente definida. 
 
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8. Apoios 
 
1 - Seleccionar os nós que se pretende 
restringir algum dos graus de liberdade 
 
2 - Menu: Assign – Joint - Restraints 
 
 
Existe um menu com os apoios típicos. 
3 – Seleccionar as restrições nodais 
pretendidas ou seleccionar o apoio nos 
atalhos. 
 
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Podem ainda ser impostas outras condições 
fronteira em nós: 
1 – Seleccionar os nós 
2 – “Assign” – “Joint” – “Springs” 
 
 
3 - Pode impor-se molas num ou em vários 
graus de liberdade dos nós seleccionados. 
 
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9. Definições de Casos de Carga 
 
1. Deve definir-se para cada acção um caso de 
carga. Desta forma, será associado a cada caso de 
carga o conjunto de cargas (distribuídas, 
concentradas) da respectiva acção. 
2. No menú “Define” seleccionar “Load Cases…” 
 
 
3. Na caixa activa “Define Loads” adicionar os casos de carga alterando os parâmetros 
assinalados e clicando no botão “Add New Load” - Se na acção DEAD (peso próprio) for 
definido o coeficiente 1 no parâmetro “Self Weight Multiplier”, o programa inclui 
automaticamente o peso próprio da estrutura definida (vigas, pilares e lajes). 
4. Neste exemplo foram definidos 3 
casos de carga correspondentes a: 
- DEAD = peso próprio 
- RCP = restantes cargas permanentes 
- Sobrecarga1 = sobrecarga 
5. Inseridas todas as acções clicar em “OK” 
 
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10. Casos de Análise 
 
1. Um caso de análise corresponde a um cálculo que se pretende 
efectuar. Podemos definir um único caso de análise (cálculo estático 
linear) incluindo nesta análise todos os casos de carga, ou definir um 
caso de análise para cada caso de carga. 
2. O programa estabelece por defeito um caso de análise associado a 
cada caso de carga definido anteriormente. Esta modalidade é prática 
facilitando a definição das combinações a efectuar. 
3. Para verificarmos os casos de análise estabelecidos seleccionar no 
menu “Define” - “Analysis Cases…” 
 
 
 
Aparecem definidos os casos de análise 
na caixa activa “Analysis Cases” 
4. Seleccionando o botão “Modify/Show 
Case…” podemos verificar na caixa 
activa “Analysis Case Data” o tipo de 
análise a efectuar (estática linear) e o/os 
caso/s de carga associado/s ao caso de 
análise. 
5. No final clicar em “OK” 
 
 
 
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11. Definição de combinações: 
 
1 - No menu “Define” seleccionar 
“Combinations…” 
 
 
2 - Para definir uma nova combinação 
clicar no botão “Add New Combo…” 
 
 
 
3. Na caixa activa “Response 
Combination Data” definir: - nome da 
combinação (COMB1) 
- Adicionar as acções e respectivos 
coeficientes de combinação 
4. No final clicar em “OK” 
5. Repetir os pontos 2 a 4 para as 
restantes combinações. 
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12. Aplicação de cargas 
Cargas em lajes 
 
Seleccionar as lajes 
1 - Aplicação de cargas 
distribuídas nas lajes 
2 - Seleccionar as lajes através 
do ponteiro ou através da 
selecção de grupos 
3 - No menu “Assign” 
seleccionar “Area Loads” 
 
 
 
4 - Editar na caixa activa “Area Uniform 
Loads” : 
- o caso de carga 
- o valor da carga 
(no exemplo foi introduzido, no caso de 
carga Sobrecarga, uma carga 
distribuída de 2kN/m2 em todas as 
lajes) 
5 - No final clicar em “OK” 
Nota: a direcção da gravidade está 
associada à direcção do eixo Z no 
sentido negativo 
 
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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13. Correr a análise 
 
1. No menu “Analyze” seleccionar “Run 
Analysis” 
 
 
 
2. Verificar se na caixa activa 
estão seleccionadas todas as 
acções a calcular. 
3. Seleccionar na caixa activa 
o botão “Run Now” 
 
 
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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14. Visualização de resultados: 
 
1 - Seleccionar no menu “Display” – “Show 
Deformed Shape …” 
 
 
 
 
2 - Seleccionar o caso de carga na caixa 
activa “Deformed Shape” 
 
 
Análise de estruturas 3D com o programa SAP2000 
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3 - Seleccionar com o rato um nó 
e clicar no botão direito para 
visualizar informação detalhada 
dos deslocamentos do nó 
 
 
Esforços nas barras 
1 - Seleccionar no menu “Display” – “Show 
Forces/Stresses” – “Frame/Cables” 
 
 
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2 - Seleccionar o caso de carga e o esforço 
pretendido na caixa activa “Member Force 
Diagrams for Frames” 
 
 
 
 
3 - Para visualizar informação 
detalhada de uma barra, seleccionar 
a barra com o rato e clicar no botão 
direito. Aparece a caixa activa 
“Diagrams for Frame …” 
 
 
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15. Consideração do faseamento construtivo 
Para proceder à consideração do faseamento construtivo é necessário ter o modelo global da 
estrutura definido. Admitindo o exemplo construído neste documento, será demonstrada a 
consideração do faseamento construtivo considerando 3 níveis de construção relativos aos 3 
pisos do edifício. 
Assim para proceder à definição das diferentes fases do processo construtivo a primeira acção é 
definir grupos que agrupam os elementos relativos a cada fase. 
 
1 - Selecção dos elementos relativos ao piso 1 
 
 
2 – Menu “Assign” – “Assign to Groups” 
 
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3 – Na janela de gestão de grupos, adicionar 
um novo grupo “add New Group” 
 
 
4 – Identificar o piso 
5 – Verificar que a opção “StaticNL Structure 
Stage” está seleccionada.”6 – Repetir o passo 1 a 5 para os outros 2 
pisos. 
 
 
Estrutura com os 3 grupos definidos. 
 
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Definição de um novo caso de análise 
7 – Menu “Define” – “analysis cases” 
 
 
8 – “Add New Case” 
 
 
9 – Identificação do caso de Carga 
10 – Seleccionar no tipo de analise 
“Nonlinear Staged Construction” 
11 – Na definição das fases construtivas, 
definir 3 fases. 
 
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12 – Selecção de uma fase construtiva 
Na janela Data For Stage …(Fase escolhida no passo 
anterior) 
13 – Adicionar a estrutura relativa a essa fase 
14 – Adicionar os casos de carga que devem estar 
associados a essa fase construtiva. 
15 – Repetir o passo 12 a 14 para as restantes fases 
definidas. 
 
 
Deve ainda ser tido em conta os resultados 
que se pretendem da análise. 
16 - Na opção “Results Saved” – 
“Modify/Show” 
 
 
 
17 – Seleccionar “end of Each Stage” para 
visualizar os resultados de cada fase 
construtiva definida. 
 
 
A visualização dos resultados desta análise é semelhante ao explicado no ponto de visualização 
de resultados, apenas é necessário identificar em que fase se pretendem ver os resultados. 
 
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16. Validação dos Resultados 
É fundamental proceder-se a verificações, durante e no fim da introdução dos dados, para 
reduzir a possibilidade de erros. 
Os resultados obtidos com este programa ou com qualquer outra ferramenta de cálculo só 
devem ser considerados aceites depois de validados. Entenda-se por validação a verificação 
com recurso a meios simplificados dos resultados.