ESTRUTURAS DE COBERTURA PARA GRANDES VÃOS

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1 ESTRUTURAS DE COBERTURA PARA GRANDES VÃOS

2 Travamentos e Contraventamentos Estruturas de Coberturas Elementos Principais vencem o vão Elementos Secundários

3 Exemplo: Planta geral da cobertura

4 Planta da cobertura - parcial

5 Corte Pórtico Principal

6 Elementos Secundários Madres Recebem directamente as cargas dos revestimentos resistentes ligeiros - vencem pequenos vãos madres pouco afastadas Exemplos: Chapa de fibrocimento ondulada Vãos recomendados 1,0m a 1,5m Chapa de fibrocimento trapezoidal Vãos recomendados 2,0m e 2,4m Chapa metálica ondulada Vãos recomendados 1,0m e 1,5m Chapa metálica trapezoidal esp. 0,63 a 1 mm ou Vãos recomendados 2,0m a 3,0m

7 APLICAÇÃO EM ZONAS DE NEVE Nas zonas com neve os vãos das chapas serão menores Atenção às chapas translúcidas menor resistência menor vão

8 Vencem o vão entre elementos resistentes principais (normalmente e é mais económico se assim for); Coberturas correntes ( vãos de 20,0m a 30,0m) afastamento entre chapas resistentes principais = vão das madres 5,0m a 10,0m Madres em perfil laminado IPE, UNP, INP de 100 a 140 ou em chapa quinada

9 Coberturas para vãos grandes (> 40,0m) Maiores afastamentos entre elementos resistentes principais Madres em viga alveolada: Obtida a partir do perfil

10 Coberturas para vãos grandes (> 40,0m) Madres em viga composta triangulada vãos até 20,0m

11 Coberturas para vãos grandes (> 40,0m) Madres em viga composta triangulada vãos até 20,0m

12 Madres em Viga Composta Triangulada Diagonais em UNP maior raio de giração menor esbelteza maior relação resistência/peso maior afastamento entre cantoneiras das cordas maior raio de giração menor esbelteza maior resistência à compressão das cordas.

13 Estes momentos são pouco importantes nas vigas simplesmente apoiadas porque são máximos junto aos apoios onde o esforço transverso é máximo e o momento sendo nulo o esforço normal nas cordas é nulo. Inconveniente: maiores excentricidades nos nós maiores momentos secundários N d e α 2 1 e N d Eixo da Corda Eixo da Corda Momento no nó: Me = 2 Nd cos( α) e1 ou Me = Nd sin( α) e2 M e é distribuído pelas barras que convergem no nó proporcionalmente à sua rigidez M e

14 Madres conferem travamento às cordas das vigas principais reduzindo o seu comprimento de encurvadura. Quando as madres vencem vãos grandes tem que se assegurar o contraventamento lateral das cordas comprimidas, a terços ou quartos do vão.

15 ESTÁDIO MUNICIPAL DE AVEIRO

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18 PLANTA PARCIAL DA COBERTURA PLANTA PARCIAL DA COBERTURA AO NÍVEL DAS CORDAS SUPERIORES

19 PLANTA PARCIAL DA COBERTURA PLANTA PARCIAL DA COBERTURA AO NÍVEL DAS CORDAS INFERIORES

20 VIGA PRINCIPAL DOS EIXOS 19 E 55

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22 ALÇADOS DE VIGAS SECUNDÁRIAS

23 ALÇADO DE VIGAS TERCIÁRIAS

24 LIGAÇÃO DO TIRANTE DIANTEIRO À CORDA SUPERIOR DA VIGA PRINCIPAL

25 LIGAÇÃO DO TIRANTE DIANTEIRO À CORDA SUPERIOR DA VIGA PRINCIPAL PERSPECTIVA VISTA PELO INTERIOR DA CORDA SUPERIOR

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27 TOPO DO MASTRO

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29 LIGAÇÃO ENTRE OS TROÇOS SUPERIOR E INFERIOR DO MASTRO

30 LIGAÇÃO ENTRE OS TROÇOS SUPERIOR E INFERIOR DO MASTRO ALÇADO TRASEIRO ALÇADO LATERAL

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32 BASE DO MASTRO

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34 LIGAÇÃO ENTRE OS TIRANTES TRASEIROS AO NÍVEL DO PISO 3

35 LIGAÇÃO ENTRE OS TIRANTES TRASEIROS AO NÍVEL DO PISO 3 ALÇADO LATERAL ALÇADO FRONTAL

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40 PESOS DA ESTRUTURA METÁLICA DA COBERTURA TOTAL POR M 2 ESTRUTURA DA COBERTURA ton 60 kgf/m 2 TIRANTES E MASTROS TUBULARES 570 ton 27 kgf/m 2

41 Elementos Principais Vencem grandes vãos (> 40,0m) Cargas relativamente baixas (revestimentos leves) e vãos grandes momentos flectores elevados necessidade de módulos de flexão elevados assim como de inércias para controlar as flechas Os perfis laminados não apresentam W e I suficientemente elevados ou são demasiado pesados para serem económicos custo do material, transporte e montagem. - Torna-se imprescindível considerar elementos compostos

42 Soluções Possíveis 1 Vigas compostas de alma cheia e d Almas altas e com espessura mínima para aumentar o momento de inércia dos banzos.

43 Sendo os esforços transversos baixos a área da alma pode ser pequena e portanto a espessura ser a menor possível. Espessura limitada por problemas de instabilidade. - Regulamento português REAE: d e É necessário colocar reforços quando: d e 71

44 Almas com altura variável adaptando-se às necessidades de resistência da secção

45 COBERTURA DO ESTÁDIO MUNICIPAL DE COIMBRA

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48 PLANTA DA COBERTURA

49 CORTE TRANSVERSAL DA ESTRUTURA DA COBERTURA

50 ALÇADO TRASEIRO

51 ALÇADO DAS VIGAS ALVEOLADAS

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60 PESOS DA ESTRUTURA METÁLICA DA COBERTURA TOTAL POR M 2 ESTRUTURA DA PALA AO NÍVEL DA DISTRIBUIÇÃO ESTRUTURA SECUNDÁRIA DA COBERTURA 273 ton 40 kgf/m ton 26 kgf/m 2 PILARES, VIGAS E ESCORAS 665 ton 34 kgf/m 2

61 Pórtico Biarticulado

62 Vantagens das vigas de alma cheia Possibilidade de adaptação da alma e banzos às necessidades de resistência e rigidez variações nas alturas, larguras e espessura. Execução automática das soldaduras alma-banzos Soldadura automática ou semiautomática Secções com pouca altura se necessário Preparação de trabalho simples

63 Inconvenientes das vigas de alma cheia Peso elevado e pouco aproveitamento da alma para a resistência do conjunto. Grandes comprimentos de soldadura, possibilidades de empenar

64 Exemplo: Pavilhão do Estádio da Luz - Piscinas Planta da cobertura - ao nível das madres

65 Planta da cobertura - ao nível dos contraventamentos

66 Cortes

67 Soluções Possíveis 2 Vigas compostas Trianguladas - Altura variável - Altura constante ou quase Geometria das vigas Definição Corda superior inclinação da cobertura Corda inferior necessidades de resistência e rigidez economia altura entre cordas - Estética ( quando aparente) - Eventual existência de tecto ligado à corda inferior. Triangulação da alma pontos de apoio das madres de cobertura definem nós da corda superior. - Resistência à encurvadura das barras mais comprimidas - Comprimentos pequenos -Estética

68 Pendentes de coberturas - Chapas metálicas sem qualquer revestimento i min =8º - Chapas metálicas com isolamento e revestimento superior i min =2%

69 Necessidades de resistência e rigidez Esforço condicionante momento flector Resistência W = A d 2 d Rigidez I = 2 A 4 A área da secção da corda d distância entre eixos das cordas Teoricamente, quanto maior o d mais económica é a solução Na realidade a área da corda, A, não pode ser muito pequena porque há necessidade de assegurar um raio de giração mínimo, de modo a que as tensões admissíveis não sejam condicionadas por esbeltezas elevadas.

70 Comprimento de encurvadura no plano da estrutura (no EC3) l e = l No plano perpendicular l e = l Para que o material seja bem aproveitado convém que as tensões admissíveis sejam próximas dos valores máximos Esbelteza 70 nas cordas.

71 Asna Simplesmente Apoiada Esbeltezas pequenas ou médias Esbeltezas elevadas Esbeltezas pequenas ou médias

72 Vigas de altura constante momento flector máximo esforço normal máximo nas cordas

73 Vigas de altura variável Zona de maiores momentos não corresponde aos troços de cordas mais esforçados M Rd = W σ = A σ k k d = c te d

74 Vigas simplesmente apoiadas ou com continuidade nos pilares de apoio Estrutura triangulada com continuidade nos montantes

75 Solução mais económica Pilares com rigidez mínima Modelo de cálculo:

76 Modelo de cálculo do pilar barlavento k = = f f + f f = asna pilar pilar 3EI 3 h f 1 k asna = = asna Rigidez 1 axial da asna f 1 k pilar = = pilar 1 Rigidez de consola para forças no topo

77 No caso de pilares muito altos pode ser mais económica a solução com pilares articulados na base Pórtico e biarticulado triangulado

78 Comprimento de encurvadura das cordas No plano da viga l e = l cordas superior e inferior le = 0,9 l triangulações de alma l = distância entre nós No plano perpendicular à viga: corda superior l e = distância entre madres, se estas tiverem num ponto fixo Ou l e = distância entre secções contraventadas

79 Corda inferior Soluções possíveis : 1) Contraventamento + escoras-tirantes entre vigas Planta das cordas inferiores

80 Exemplos de constituição da corda inferior Exemplos:

81 2) Vigas de travamento perpendiculares às vigas principais

82 3) Utilização da corda inferior das madres trianguladas

83 4) Vigas geminadas para grandes vãos

84 COBERTURA DO CAMPO 1 -PAVILHÕES DO NOVO ESTÁDIO DA LUZ -

85 PLANTA DA COBERTURA

86 CORTE LONGITUDINAL DA ESTRUTURA APOIO MÓVEL APOIO FIXO CORTE TRANSVERSAL DA ESTRUTURA

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90 COBERTURA SOB A PONTE 25 DE ABRIL

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95 TOPO SUL COBERTURA CENTRAL PALA NASCENTE PALA POENTE ZONA DE TRANSIÇÃO COBERTURA NORTE CALEIRA CENTRAL

96 TOPO SUL COBERTURA CENTRAL PALA NASCENTE ZONA DE TRANSIÇÃO PALA POENTE CALEIRA CENTRAL COBERTURA NORTE

97 TOPO SUL PALA NASCENTE COBERTURA CENTRAL ZONA DE TRANSIÇÃO PALA POENTE CALEIRA CENTRAL COBERTURA NORTE

98 ZONA DE TRANSIÇÃO COBERTURA NORTE COBERTURA CENTRAL PALA NASCENTE TOPO SUL PALA POENTE CALEIRA CENTRAL

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103 25 DE MAIO DE 2002

104 29 DE MAIO DE 2002

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109 Escolha de triangulação da alma Condicionamentos: - Pontos de apoio das madres são nós de triangulação; - Exigência de triangulação alma equivalente deformabilidade.

110 Viga de altura constante Deformação 3 Pl fm = 48 EI I = momento de inércia das cordas I = A c 2 d 4 Deformação f A V = G A devida à flexão : devida ao esforço transverso : V eq eq l 2 Pl = 4G A = Área equivalente eq

111 2 Viga triangulada da figura - A = 2,6 A sin( φ) cos ( φ) e eq d Alongamento da diagonal φ V d V Δl = A d E sin V a ( φ) cos( φ) a Δ φ δ Considerando ligações articuladas em todos os nós o deslocamento vertical devido à deformação da diagonal é: δ = Δ cos = 2 ( φ ) A E sin( φ ) cos ( φ ) d V a A distorção: γ = δ a = A d E V sin 2 ( φ ) cos ( φ ) Por outro lado: γ V E = Aeq = Ad G A G eq sin 2 2 ( φ) cos ( φ) = 2,6 sin( φ) cos ( φ)

112 Quando não há inversão de esforço transverso e o dimensionamento das diagonais comprimidas é condicionado pela sua esbelteza pode ser preferível Outra solução para vigas altas de cordas paralelas:

113 Tipos de perfis a utilizar nas barras Cordas e triangulação de alma Devem utilizar-se perfis que permitam ligações simples e estruturalmente eficientes Condições de resistência e esbelteza Corda superior resistência área da secção Triangulação de alma esbelteza Corda inferior resistência e esbelteza no plano perpendicular à viga Simplicidade das ligações evita goussets Cortes rectos nos perfis Acesso às soldaduras Excentricidades nos nós

114 Eficiência estrutural

115 Aplicação de tubos em barras Vantagens: Raio de giração elevado relativamente a perfis com a mesma área de secção Pequena área de pintura Comprimento de soldadura pequenos Inconvenientes: Preço elevado (cerca de 2 vezes o dos perfis laminados ) Eficiência das ligações Ligação tubos com tubos - pouco eficientes e complicadas de executar

116 Exemplo: Aeroporto Sá Carneiro - Porto Viga principal - alçado

117 Planta de cobertura - corpo central

118 Planta parcial nível das cordas inferiores

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122 COBERTURA PRAÇA DE TOUROS DO CAMPO PEQUENO

123 Planta geral da cobertura

124 Corte 2.68

125 (variação de 8 cm) (variação de 19 cm) Pormenor do apoio

126 COBERTURA DO NOVO ESTÁDIO DA LUZ

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142 PLANTA DA COBERTURA

143 CORTE DA ESTRUTURA TRANSVERSAL

144 ALÇADO TRASEIRO

145 VISTA GERAL

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