sistemas estruturais - unilins.pdf

Sistemas estruturais: coberturas Sistemas estruturais: coberturas

Janeiro, 2010José Jairo de Sáles

Projeto de estruturas metálicas

Arquitetura

Projeto de estrutura metálica

Manter a forma e as funções

arquitetônicas

Projeto básicoDetalhamentop/fabricação

Montagem

Escritório de cálculo estrutural

Empresas fabricantes e montadoras

Projeto de estruturas metálicas

Projeto BásicoArquitetura Projeto de Instalações

Definição dosistema estrutural

Pré-dimensionamento

Análise da estrutura

Dimensionamento

Desenhos deprojeto

Memória de cálculo

Lista de materiais

Coberturas e Galpões

• Classificação quanto a forma

•Coberturas planas – (horizontais/inclinadas)•Coberturas curvas•Coberturas em shed


• Classificação quanto ao sistema portante

Pórtico simples Pórticos múltiplos



Pórticos principais e anexos



Estaiadas

Estruturas espaciais

Estruturas em cabos


• Seções transversais usuais


• Cobertura em Shed

Shed com face vertical Shed com faces inclinadas Shed com face curva

Corte A-A

Corte B-B

B

B

A A


• Cobertura em Shed – Viga mestra

Viga Treliçada Viga Vierendeel

Viga Armada


• Cobertura em Shed – trave


• Cobertura em arco

CaracterísticasVencem Grandes Vãos

Baixo consumo de material

Esforços AxiaisEsforços de Flexão

Aproveitamento Máximo da Seção


• Cobertura em arco

Coberturas e galpões:Componentes

basespilares

terças

Contraventamentohorizontal

Contraventamentovertical

Longarinasfechamento

correntes

Coberturas e galpões:componentes

•Pilares

SeçãoAlma Cheia

Treliçada

Seção Constante

Seção Variável

Concreto

Rotulado

engastado

Esquema estático


•Pilares

Alma Cheia

Treliçados

2030HpilardHpilar

1020HpilarbHpilar

•Viga principal

Em Alma Cheia Treliçada

TreliçasL > 15m

Mais Leves

Alma Cheia

Menor custo de fabricação

Manutenção mais fácil

Coletar as ações das terças e transmitir aos pilares, com os pilares formar o sistema vertical principal (pórticos principais)


•Viga principal

Flexível/Rotulado

Rígido /engastado

Vínculo com pilar


mmH E 20000

•Viga principal em treliça


HT

HE

815VãoHVão

T

Ângulo de inclinação: de 5º a 15º



Banzos Paralelos



Tesouras



Parabólicas

•Viga principal em alma cheia


7050VãohVão

hÂngulo de inclinação: de 5º a 15º


•Pórtico principal

Distância entre pórticos (DL): 5 a 12m (dire5 a 12m (direçção longitudinal)ão longitudinal)

Distância usuais (DL): 5 a 7m (com ter5 a 7m (com terçças em alma cheia)as em alma cheia)

DL


• Terças

Servir de apoio as telhas / contribuir na estabilidade

Elementos submetidos a flexão composta


• Terças

F Fx

Fy

Comportamento estruturalComportamento estrutural

Flexão compostaFlexão composta

Para a < 10o PodePode--se admitir flexão simplesse admitir flexão simples(sem decompor o carregamento)(sem decompor o carregamento)

Esquema estático Biapoiada Biapoiada ( mais usual)( mais usual)contcontíínua nua com mão francesacom mão francesa


Esquema estEsquema estááticotico

mãos francesas

Espaçamento entre terçasDepende do tipo de telha e vão

Valores usuais: 1500 mm a 2500mm1500 mm a 2500mm

As mãos francesas podem ser utilizadas para travar o banzo inferior da treliça

• Terças


Espaçamento entre terçasDepende do tipo de telha e vão

Valores usuais: 1500 mm a 2500mm1500 mm a 2500mm

• Terças


Tipos de terças:Alma cheia: para vãos atpara vãos atéé 8m8m

Treliçadas: para vão superiores a 8mpara vão superiores a 8m

Seções I , Z , U e U enrijecido

Pré-dimensionamento: h =h = /40 @ /40 @

/60/60

Pré-dimensionamento: h=h= /10 @ /10 @

/15/15


Linhas de corrente:Auxilia na montagemAuxilia na montagemReduz comprimento para FLTReduz comprimento para FLTredureduçção de vão flexão compostaão de vão flexão composta

Tirante flexívelbarras redonda

Tirante rígidocantoneiras

F Fx

Fy


TR1 TR2 TR3 TR4

Terças

Típico

Linhas de corrente:


Longarinas / Travessas Fechamento lateral e frontalFechamento lateral e frontal

Elementos submetidos a flexão compostaElementos submetidos a flexão compostaMesmas recomendaMesmas recomendaçções para terões para terççasas

Ações gravitacionais (pp e sc)

Açõ

es d

e vid

as a

o ve

nto


Longarinas / Travessas


Esquema Estático

Pilares de fechamento


• Contraventamento

Contraventamentovertical

ContraventamentoHorizontal

Ações horizontais

Funções:Garantir a estabilidade da estrutura para as ações horizontais

É preferível trabalhar apenas com contraventamentos tracionado

Seções: Cantoneiras, barras redondas, perfis tipo U e perfis tipo I


• Contraventamento – comportamento

Horizontal Vertical


• Contraventamento – HorizontalContraventamento no plano das terças

vento

Contraventamento horizontalbarra redonda - cantoneiras

Reações da ação do vento

Inserir contraventamento: 1 a cada 5 tramos


• Contraventamento – HorizontalContraventamento no plano das terças

Treliça Contraventamento

Treliça do Contravamentamento


• Contraventamento – Vertical

T

T

T

T

ventoEscora de beiral

Reações para ação do ventoContraventamento em X

Dimensionamento somente a tração – barras com elevada esbeltez


• Contraventamento – Vertical


• Travamento no banzo inferior

No Plano

Fora do PlanoTravamento lateral

Travamento lateral


• Travamento no banzo inferior

Linha de terça

Barra redonda

Barra redonda Barra rígida

LEGENDA

M-1

Sistemas estruturais: Edifícios

Hierarquia dos sub-sistemas

Estrutura – sistema 3D – trajetórias para as cargas

Subsistemas planos Divisão intelectual para facilitar a compreensão

e análise de estruturas complexas Vertical e horizontal

Coletar e distribuir carregamentos horizontais e verticais

Destino final: fundações

plantaElevação lateral

Elevação frontal

Ações verticais

Subsistema horizontalLajes e vigamentos

Ações verticaisVinculação com pilares –

comportamento do subsistema vertical

Todas os eixos com ligações rotuladas

Subsistema VERTICAL Contraventado

Ações Horizontais

planta

Ações atuantes divididas proporcionalmente a rigidez de cada pórtico

Todos os eixos com ligações rígidas formando pórticos

Admiti-se deslocamento de corpo rígido no plano de cada pavimento

Seção transversal

Laje como diafragma rígido

contraventamento no plano das vigas

Ações Horizontais

Não é necessário nem conveniente criar pórticos em todo os eixos

Pórticos nas extremidades

Pórticos nas extremidades

Ligações rígidas Mais carasMaior dificuldade de execuçãoVigas mistas continuas ou semicontinuas

Subsistema vertical

Ações horizontais

Sistema aporticadoOu quadro rígido

Ações Horizontais

Todas a ligações rotuladas

Subsistema vertical – outras opções

Subsistema VERTICAL Núcleo rígido

Criar núcleo de rigidez

Ações Horizontais

Todas a ligações rotuladas

Subsistema vertical – outras opções

Subsistema VERTICAL Parede de cisalhamento

Criar núcleo de rigidez

Ações Horizontais

Ações Horizontais

Fundações

Estabilidade lateral

Rigidez para deslocamentos

horizontais

Sistema de contraventamento

Reações de apoio

Ações horizontais

Subsistem a vertical

Função

1 Sistema aporticado

2 Sistema contraventado

3 Parede de contraventamento

4 Núcleo rígido

5 Sistemas mistos

Tipos

1 Sistema aporticado

Reações de apoio

Ações horizontais

Pórticos Lig. rígidas

Tipos

1 Sistema aporticado: Características

Ligações mais complexas e caras Não interfere na arquitetura Melhor estabilidade na montagem

Até 30 pavimentos

Tipos

2 Sistema contraventado

Reações de apoio

Ações horizontais

Subsistema vertical

Tipos

2 Sistema contraventado: Características

Ligações mais simples Estruturas mais econômicas Pode interferir na arquitetura

Até 40 pavimentos

Tipos

3 Parede de contraventamento (cisalhamento) Ligações aço-concreto

Compatibilizar construção de

concreto com a fabricação da estrutura de aço Pode interferir na arquitetura

Tipos

4 Núcleo rígido

De 20 a 40 pavimentos

Tipos

4 Núcleo rígido: Características Concentra a rigidez em um região pequena Pode ser utilizado regiões de escada e elevadores Compatibilizar execução do núcleo e fabricação da estrutura de açoNúcleo rígido de concreto ou de aço

A transferência das ações horizontais até o núcleo é

feita pela lajeLigações mais simples nos demais elementos

A localização do núcleo rígido interfere na resposta

global da estrutura

Tipos

4 Núcleo rígido: Características

Tipos

Escolha do sistema de contraventamento

Pode-se adotar mais de um tipo de sistema de contraventamento em uma mesma estrutura.

A escolha deve ser baseada em:1 – Tipo e altura da edificação2 – Possibilidade de interferência com a arquitetura3 – Magnitude das ações horizontais4 – facilitar as ligações (fabricação e montagem)

Tipos

Coletar ações verticais

Distribuir para os pilares edeste para as fundações

Distribuir ações horizontais para os subsistemas verticais

Diafragma rígido

Função

caminhamento das ações

Partes constituintes Laje Vigas Contraventamento horizontal

Componentes

Laje convencional moldada in loco Lajes treliçadas Pré-laje Lajes pré-fabricadas Lajes com forma de aço incorporada Pavimentos mistos aço-concreto Painéis de madeira

Tipos de lajes

Tipos de lajes

Tipos de lajes

Tipos de lajes

Vigas de alma cheia Vigas treliçadas Vigas colméia Vigas vierendeel Vigas mistas aço-concreto

Tipos de vigas

Alma cheia

Viga colméia

Tipos de vigas

Viga treliçadaViga vierendeel

Tipos de vigas

Vigas mistas aço-concreto

Tipos de vigas

Arranjos comuns de pavimento v1 v1

v1 v1

v1 v1

v1 v1

v1 v1

v2v2

v2v2

v1

v1

Viga V2 mais carregada Viga V2 menos carregada

Arranjos

Deve se garantir que a laje tenha rigidez suficiente para trabalhar como diafragma rígido

Contraventamento no plano das vigas caso a laje não seja (ou não possa ser) considerada diafragma rígido

Efeito diafragma

Estrutura tubular

Tubular

• Tubo Oco Vierendeel

• Tubo Oco Treliçado

• Tubo Celular

Tubo Oco VierendeelParedes Externas

Malha de Vigas e Pilares

Ligações Rígidas

Indicado até 50 Pavimentos

Pilares Internos

Ações Gravitacionais

Tubular

Tubo Oco Treliçado

Paredes Externas

Malha Densa de Diagonais

Melhor Efeito de Tubo

Desvantagens

Grande número de ligações

Difícil fixação das vigas

Tubular

Tubo Oco Treliçado

Melhoria dos Sistemas Anteriores

Redução do Número de Ligações

Bom Efeito de Tubo

Tubular

Tubo Celular

Princípio Básico

Inserção de Diafragmas

Formação de Células

Alma de viga em balanço

Tubular

• Núcleo garante estabilidade lateral

• Pisos suportados por tirantes

•Fundação única sob o núcleo

•Usados em edifícios de 10 a 15 pav.

(limite: def. nos tirantes)

•Técnicas especiais de execução do

núcleo compatíveis com rapidez do aço

Pisos suspensos

Quadrado RetangularEm Cruz Duplo Trapézio

Pisos suspensos

•Treliças da altura do pé direito•Pilares na periferia•Planejamento circulação interna

Treliça inter pavimento

Vigas alma cheia

Pré-dimensionamento de vigas

Pré-dimensionamento das vigas relação altura vão: h=L/15 a L/20

VS 300x43 – vãos > 6,0m

VS 300x33 – demais vãos

Pré-dimensionamento das vigas estimando o momento fletor (W):

Pré-dimensionamento das vigas estimando a flecha (I):

Estima-se o momento fletor de cálculo (de forma simplificada se adotar um carregamento de 8kN/m2 a 10kN/m2 no pavimento) Msd e determina-se o módulo elástico W da seção considerando um tensão de trabalho de 0,6fy

Estima-se o o carregamento de serviço, considera o limite de flecha de L/300 e determina-se o momento de inércia mínimo da seção

Pilares

Pré-dimensionamento de pilares

1. Estima-se o esforço de compressão por meio de áreas de influência2. Pode se considerar um carregamento de 8kN/m2 a 10kN/m2 por

pavimento.3. No caso de flexo-compressão considera uma redução da resistência

a compressão da ordem de 25%. 4. Considera-s coficiente de flambagem global da ordem de 0,6 e local

igual a 15. Determina-s, finalmente, a área requerida para a seção da seção

Pilares

Pré-dimensionamento de pilares

P1

P1

P1

P1

P2

P2

P3

P3

L5

L6

L6

L5

L5

L6

L6

L5

P1

P1

P1

P1

P2

P2

P3

P3

V10

V11

V10

V11

V12 V12

V11 V11

V10V10

V13

V14

V13

V15

V15

V15

V15

V16

V17

V15

V15

V15

V15

V17V1

8

V18

V16

Ap1

Ap2

Ap3

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