Resumo Opresente trabalho busca analisar numericamente a transferência de calor em prismas de alvenaria com blocos cerâmicos em situação de incêndio. Três tipos de abordagens foram consideradas: modelo homogeneizado com base na NBR 15220-2:2022, modelo detalhado com propriedades termofísicas constantes e modelo detalhado com propriedades térmicas variando em função da temperatura. Para o processo da homogeneização é proposto um programa denominado “THC NBR15220-2”. Esse programa foi desenvolvido em Matlab e calcula a homogeneização das propriedades segundo a NBR 15220-2:2022. Os modelos numéricos foram realizados utilizando o método dos elementos finitos (MEF) no software Abaqus. O incêndio foi simulado utilizando a curva padronizada ISO 834:1999. Foram coletadas as temperaturas na face não exposta ao fogo no tempo final de exposição de 4 horas. Os resultados mostraram que o prisma com maior número de vazios e menor relação área líquida e área bruta apresentou melhor desempenho térmico em situação de incêndio. O modelo detalhado com propriedades térmicas variando com a temperatura, como sugerido por normas internacionais.

Abstract This study aims to numerically analyse heat transfer in masonry prisms with ceramic blocks under fire conditions. Four prism configurations, designated as Prism “A”, “B”, “C” and “D”, were modelled. Three different numerical approaches were considered: a homogenized model based on the NBR 15220-2:2022 standard, a detailed model with constant thermophysical properties, and a detailed model with properties varying as a function of temperature. For the homogenization process, a programme called “THC NBR15220-2” was proposed. This programme, developed in Matlab, calculates the homogenised properties according to the NBR 15220-2:2022 standard. Numerical models were performed using the Finite Element Method (FEM) using the Abaqus software. The fire condition was simulated using the ISO 834:1999 standardised curve. Temperatures were collected on the face not exposed to fire at the final exposure time of 4 hours. The results showed that the prism with the highest number of voids and, consequently, the lowest net to gross area ratio was the one with the best thermal performance. There is a difference of 12,79% to 29,61% when compared to the reference model, which is the detailed model with thermal properties varying with temperature, as suggested in international standards.

resumo: O presente estudo tem como objetivo principal a otimização estrutural de pórticos planos de concreto, tendo como função objetivo o mínimo peso total da estrutura. Para este fim, ações externas, consideradas dentro do processo de otimização, tratam de representar de forma precisa todos os efeitos presentes em uma situação real. Desta forma, os carregamentos são dependentes das áreas da seção transversal obtidas em cada passo da otimização, assim como os efeitos estáticos e dinâmicos do vento são considerados para uma representação mais realista. O método de otimização adotado é o método de otimização baseado em ensino-aprendizagem, ou Teaching-Learning Based Optimization, em inglês. Além do mais, todas as restrições para um projeto adequado são consideradas usando as normas brasileiras para estruturas de concreto. Dos resultados obtidos em ambas as situações (estática e dinâmica), é possível notar a diferença com respeito às ações externas, onde maiores carregamentos são obtidos em pisos mais altos, usando a modelo dinâmico simplificado proposto em normas. Com respeito à análise de otimização, o peso foi maior no caso dinâmico, onde maiores áreas transversais foram necessárias. Apesar deste fato ser conhecido, o presente trabalho mostra um estudo quantitativo onde ambos os efeitos são discutidos em detalhes, assim como é apresentada uma metodologia, baseada em um método de otimização original e de fácil implementação, que pode ser adaptada à análise de estruturas mais complexas.

abstract: This study has as its main purpose the structural optimization of plane frames in concrete, having as the objective function the minimum total weight of the structure. For this purpose, external actions, considered within the optimization process, are intended to represent accurately all effects observed in a real situation. In such manner, loads are dependent on the cross-section obtained in each optimization step, as well as the static and dynamic effects of the wind are considered for a more realistic representation. The optimization method adopted is the Teaching-Learning Based Optimization (TLBO). Thus, all proper design constraints were considered in accordance with Brazilian standards for concrete structures. From the results obtained in both situations (static and dynamic effects), it is possible to notice the difference regarding external actions, in which higher loads were obtained in higher floors, using the simplified dynamic model proposed in standards. Regarding the analysis of the structure optimization, the weight was higher when the applied forces were the result of the dynamic wind model, in which the larger cross-sections were found at the bottom of the structure. Even though this may be a well-known issue, the present work shows a quantitative study in which both effects are discussed in detail, as well as it features a methodology, based on a novel optimization method and with a straightforward implementation, that could be adapted for the analysis of more complex structures.