Dimensionamento de Estruturas em Aço. Parte 1. Módulo. 1ª parte

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1 Dimensionamento de Estruturas em Aço Parte 1 Módulo 4 1ª parte

2 Sumário Módulo 4 : 1ª Parte Edifícios estruturados em Aço 4.1. Edifícios residenciais página Plano horizontal página Plano vertical página As Coberturas página Vedações página Edifícios comerciais página Edifícios altos página Os sistemas de Contraventamento página Critérios para lançamento da estrutura página Critérios para lançamento de estrutura no plano horizontal página Critérios para locação de lajes e vigas página Plano vertical página Critérios para lançamento de estrutura no plano vertical página 28

3 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Vídeo 46 Estruturas de Aço em Edifícios assista on-line 4.1. Edifícios residenciais O estudo das estruturas deste tipo de edificação será dividido em dois planos: Plano horizontal Plano vertical e Vedações. No plano horizontal são consideradas as lajes, vigas e contraventamentos horizontais. No plano vertical os pilares e os contraventamentos verticais Plano horizontal Vídeo 47 Os elementos de piso assista on-line Quanto ao tipo de laje podem ser usadas: lajes pré moldadas tipo treliça lajes maciças painéis alveolares protendidos painéis de concreto celular e steel deck Todas essas soluções apresentam seus prós e contras. No caso de residências são mais usadas as lajes treliçadas, por seu baixo custo em relação às demais. Os painéis protendidos são muito rápidos de serem executados, mas tem um custo mais elevado, em se tratando dos vãos e custos envolvidos em obras residenciais. O steel deck é uma possibilidade que permite o uso de vigas mistas, com diminuição de madeira para cimbramentos, não sendo competitivo para pequenos vãos em função de seus custos. Como exemplo incluímos o catálogo técnico do Steel Deck Metform. (Material adicional disponível no curso on-line) As lajes maciças, por exigirem maior consumo de madeira para fôrmas, são usadas por questões estéticas, ou ainda no caso do uso de vigas mistas. O painel de concreto celular tem como grande vantagem o baixo peso, mas é muito limitados em termos de vão, de no máximo 3 m. 3

4 Módulo 4 : 1ª parte Foto 59a Laje steel deck Fonte: CBCA Foto 59b Laje steel deck Fonte: CBCA Foto 59c Laje steel deck instalação e distribuição dos elementos. Fonte: Usiminas. Foto 59d Laje steel deck bombeamento do concreto sobre a laje, após a colocação das armaduras e da tela eletrosoldada. Fonte: Usiminas. Foto 60 Laje steel deck após a aplicação do concreto. Fonte: CBCA Foto 61 Montagem da Laje Pré-moldada Fonte: Sidnei Palatnik 4

5 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Foto 62 Laje Pré-moldada com conectores de cisalhamento soldados nas vigas de aço. Fonte: Sidnei Palatnik Foto 63 Laje Pré-moldada vista geral antes da aplicação da capa de concreto. Fonte: Sidnei Palatnik. Foto 64 Laje Pré-moldada vista desde o piso inferior Fonte: Sidnei Palatnik Foto 65 Detalhe de balanço em Laje Pré-moldada Fonte: Sidnei Palatnik Foto 66 Laje alveolar com estrutura tipo light steel framing. Fonte: TSN The Steel Network, Inc. Foto 67 Laje alveolar com estrutura tipo light steel framing. Fonte: TSN The Steel Network, Inc. 5

6 Módulo 4 : 1ª parte O Vigamento de Piso Vídeo 48 Os Vigamentos assista on-line Devido à maior freqüência de vedações, se comparadas com os edifícios comerciais como escritórios e lojas, nas estruturas de residências os vãos podem ser menores, dentro de padrões econômicos. Isso significa a possibilidade de espaçar pilares entre 4 e 6 m. Um bom projeto de arquitetura residencial para estrutura de aço, deve prever a possibilidade de vãos que permitam o melhor aproveitamento dos perfis, que são fornecidos em barras de 6 e 12 m. Portanto seria mais adequado vãos entre pilares e mesmo vigas como submúltiplos destes comprimentos. perfis I laminados ou perfis I de chapas soldadas Em recintos com vãos maiores pode-se pensar em outras soluções como vigas vagonadas ou alveolares. Esta última tem sua aplicação quando se visa um resultado formal, ou quando se pretende vazios na alma da viga para passagem de tubulação ou iluminação. São soluções, normalmente usadas para edificações de padrões mais altos, onde se permitem algumas ousadias. O vigamento de piso, em obras residenciais, é normalmente feito com vigas de alma cheia: O Contraventamento Horizontal Vídeo 49 Os contraventamentos assista on-line O contraventamento horizontal pode ser feito pela própria laje de piso, quando esta for adequadamente ligada ao vigamento. Figura 57a, 57b 6

7 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura 57c, 57d Caso se opte por um piso que apresente impossibilidade de uma boa ligação com o vigamento, deve ser previsto um contraventamento em X entre vigas, de maneira que eventuais esforços horizontais possam ser transmitidos aos pilares e daí às fundações. Figura 58 7

8 Módulo 4 : 1ª parte Plano vertical Vídeo 50 Os Pilares assista on-line Vídeo 51 Contraventamentos verticais e horizontais assista on-line Como comentado anteriormente, em obras residenciais um espaçamento econômico entre pilares é de 4 a 6 m. Isso permite economia não só no peso do vigamento como na solução de lajes. Os perfis utilizados para os pilares são normalmente perfis H. Em algumas situações arquitetônicas podem ser usados perfis tubulares de seção retangular ou circular. Neste último caso deve-se estar atento às questões de deterioração interna dos perfis tubulares. Uma questão importante, e que muitas vezes não é prevista pela arquitetura, é a interface entre os pilares e a fundação. Lembrar que é importante afastar da base dos pilares a umidade e a sujeira que possam provocar deterioração. Para isso devem ser previstas algumas soluções tais como: apoio do pilar sobre base de concreto com face superior acima do piso acabado apoio do pilar diretamente sobre a fundação. No caso do apoio direto sobre a fundação, para evitar o contato direto do pilar com o solo, usando-se uma capa de proteção em concreto impermeabilizado em volta do pilar. Além da capa deve ser previsto, ao nível do piso acabado, um rodapé de pelo menos 5 cm em volta do pilar. Sendo a estrutura metálica razoavelmente deformável é sempre necessário o uso de contraventamentos verticais, mesmo que a edificação seja térrea. Com isso evitam-se possíveis patologias nas interfaces entre estrutura e vedações. Para contraventamentos verticais podem ser usadas: barras em X aporticamento entre vigas e pilares e paredes permanentes, como as de concreto. O contraventamento em X é o mais eficiente, tanto do ponto de vista físico como econômico. Este tipo de contraventamento torna a estrutura mais rígida, podendo-se considerá-la indeslocável, o que resulta em economia no dimensionamento de pilares. Em edificações desse tipo, o uso do contraventamento deve ser adotado já no início do projeto de arquitetura, podendo-se tirar proveito formal dele. Quando esse contraventamento é pensado depois do projeto de arquitetura já estabelecido, fica difícil sua absorção pelo projeto arquitetônico, pois pode resultar em interferências indesejáveis nos espaços. O contraventamento menos eficiente é o feito por pórticos, pois a estrutura mantém-se deslocável, o que exigem um maior dimensionamento dos pilares, aumentando o peso da estrutura e, conseqüentemente, seu custo. Em princípio as vedações em alvenarias poderiam fazer o papel de contraventamento vertical. Mas isso deve ser evitado por duas razões: a) Dependendo dos vãos a tendência de deslocamentos na estrutura são maiores, aplicando maiores esforços nas paredes, podendo causar-lhes danos. b) As alvenarias podem ser removidas durante reformas, ocorrendo, neste caso, a eliminação do contraventamento, podendo trazer prejuízos para o comportamento global da estrutura. Quando se usar contraventamento com paredes deve-se dar preferência a paredes mais definitivas, como as de concreto de caixas de escada ou outras previstas pela arquitetura. As paredes de concreto, quando fizerem parte da proposta arquitetônica, são uma solução de contraventamento bastante eficiente. Importante! Para que se obtenha um travamento adequado da estrutura é necessário que os contraventamentos verticais estejam localizados em no mínimo três planos não concorrentes. 8

9 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura 60 9

10 Módulo 4 : 1ª parte Foto 68 Contraventamento Vertical em perfil tubular Conjunto Habitacional do CDHU Butantã São Paulo Fonte: Sidnei Palatnik Foto 69 Contraventamento Vertical Fonte: Sidnei Palatnik Foto 70 Contraventamento Vertical Fonte: Yopanan Rebello Foto 71 Contraventamento Vertical Fonte: Yopanan Rebello 10

11 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Foto 72 Contraventamento Vertical Fonte: Sidnei Palatnik Foto 73 Contraventamento Vertical Fonte: Sidnei Palatnik Foto 75 Contraventamento Vertical utilizado como partido estético. Fonte: Usiminas Foto 74 Contraventamento Vertical Fonte: Yopanan Rebello Foto 76 Contraventamento Horizontal Fonte: Sidnei Palatnik 11

12 Módulo 4 : 1ª parte As Coberturas As coberturas de obras residenciais podem ser feitas com diversas soluções estruturais tais como: lajes impermeabilizadas, treliças de duas águas, com telhas metálicas ou cerâmicas. No caso de lajes impermeabilizadas valem todas as observações feitas para as lajes de piso. No caso de cobertura com treliças, se as telhas forem metálicas, valem também as observações feitas para as coberturas de galpão, quanto as terças e contraventamentos horizontais. Para telhas de barro, existe a necessidade de mais peças de apoio além das terças, são: os caibros e as ripas Normalmente, por economia e facilidade de apoio das telhas, usa-se nessas soluções os caibros e as ripas em madeira. Em outras situações, muitas, vezes por questões arquitetônicas são usados caibros e ripas metálicas. Nesse caso são usados tubos com perfis para essas peças. O perfil tipo cartola ou o perfil Z também podem ser usados como ripa. Figura 59 a 12

13 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura 59 b Figura 59 c 13

14 Módulo 4 : 1ª parte Vedações A maioria das vedações usadas nos edifícios residenciais ainda são as tradicionais, em alvenarias de tijolos maciços ou de blocos cerâmicos e de concreto, o que, em princípio, é uma incoerência construtiva, devido às diferenças de velocidades de construção entre a estrutura e a vedação. Uma solução que vem ganhando espaço, nesse tipo de edificação, são as vedações leves do tipo drywall e steel framing. Esta última, podendo ser usada como estrutura portante, uma vez que os perfis são estruturais. Especial atenção deve ser dada às interfaces entre estrutura e vedações, devido as deformações da estruturas de aço. Isto se deve, na maior parte das vezes, aos vãos maiores utilizados em estruturas de aço e que provocam deformações proporcionais, porém maiores. Desta forma, na medida em que os vãos aumentam, as vedações devem se desvincular em maior grau da estrutura, para que não ocorram fissuras. Para isso devem ser previstas ligações adequadas entre elas. Usa-se para isso a soldagem de barras finas no perfil metálico, com um espaçamento condizente com as fiadas dos elementos de alvenaria. Essas barras são denominadas de cabelos, também conhecidas como ferro cabelos ou estribos. Podem também ser usadas telas eletrosoldadas, que servem para o mesmo propósito, a ligação entre estrutura e a alvenaria de vedação. Quadro de vãos x vinculação de vedações: Tamanho do Vão Ligação com Tipo de ligação Tipo de sistema Vãos até 4,5m Atrito lateral (rugosidade), chapisco Tipo vinculada Sistema rígido Vãos de 4,5 a 6,5m Fixação lateral e superior com tela soldada ou ferro dobrado de amarração Tipo vinculada Sistema semi-rígido Vãos acima de 6,5m Fixação lateral e superior com folha de EPS (cantoneira) ou argamassa expansiva Tipo desvinculada Sistema deformável Tabela 2 - Fonte: Manual da Construção em Aço - Alvenarias Otavio Luiz do Nascimento - Ed. CBCA 3ª edição, 2004 As figuras a seguir mostram algumas medidas a serem tomadas para um bom desempenho das vedações. Figuras 61 a-b-c 14

15 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura 61a - Alvenaria vinculada e aço - paredes de vedação vinculada Fonte: Coletânea do uso do Aço Interface entre perfis estruturais laminados e sistemas complementares. 2ª edição Roberto de Araújo Coelho Figura 61b - Alvenaria vinculada e aço 2 - paredes de vedação vinculada Fonte: Coletânea do uso do Aço Interface entre perfis estruturais laminados e sistemas complementares 2ª edição Roberto de Araújo Coelho Figura 61c - Alvenaria desvinculada e aço - paredes de vedação desvinculada Fonte: Coletânea do uso do Aço Interface entre perfis estruturais laminados e sistemas complementares 2ª edição Roberto de Araújo Coelho 15

16 Módulo 4 : 1ª parte Nota: Para mais informações sobre vedações de estruturas de aço em alvenaria, recomendamos: NASCIMENTO, Otavio Luiz do. Manual da Construção em Aço Alvenarias, Rio de Janeiro, IBS/CBCA, 2004 COELHO, Roberto de Araújo. Coletânea do uso do Aço Interface entre perfis estruturais laminados e sistemas complementares - 2ª edição (Estes documentos estão disponíveis como leitura complementar deste módulo) Exemplos Fotográficos de vedações Foto 77 Vedação com painel arquitetônico Fonte: Sidnei Palatnik Foto 78 Vedação com painel arquitetônico içamento do painel para sua colocação. Fonte: Sidnei Palatnik Foto 79 Estrutura onde será conectado o painel arquitetônico. Fonte: Sidnei Palatnik Foto 80 Vista geral após colocação do painel arquitetônico. Fonte: Sidnei Palatnik 16

17 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Foto 81 Vedação com blocos cimentícios Fonte: Sidnei Palatnik Foto 83 Vedação com tijolo maciço Fonte: Sidnei Palatnik Foto 82 Vedação com blocos cerâmicos vazados Fonte: Sidnei Palatnik 4.2. Edifícios comerciais Do ponto de vista de concepção não há diferenças entre edifícios residenciais e comerciais. A única questão que se ressalta é a dos vãos. Nos edifícios comerciais os espaços desejados são bem maiores, o que resulta na necessidade de vãos maiores. Com isso outros tipos de soluções de vigamentos podem ser utilizados além dos perfis de alma cheia. Em princípio, em qualquer edificação, seria suficiente o uso de apenas um pilar. Não é difícil imaginar que uma solução como esta tornaria a estrutura mais complexa, e muito mais cara. O número de pilares num edifício deve ser dosado de forma que a estrutura seja fácil de ser executada e viável economicamente. Em algumas situações o uso de poucos pilares, em lugar de ser vantajoso, pode gerar sensações desagradáveis do ponto de vista psicológico. Estudos realizados em saguões de espera mostram a tendência das pessoas se agruparem em torno de pilares. A ausência de um número maior de pilares pode causar angústia e insegurança. A proposta de se usar o mínimo possível de pilares deve ser muito 17

18 Módulo 4 : 1ª parte bem justificada para que se evitem transtornos econômicos, técnicos e até mesmo psicológicos. Nos edifícios comerciais os vãos podem ser aqueles impostos pela arquitetura, no entanto, convém ressaltar que vãos acima de 8 m tornam-se bastante onerosos. Portanto quando não houver impossibilidades arquitetônicas é conveniente restringir os grandes vãos a esses limites. Nos edifícios comerciais são relativamente comuns soluções mais criativas para a sustentação dos pisos e coberturas, podendo ser usadas: Nervuras metálicas Grelhas Vigas vagonadas Treliças de banzos paralelos Vigas vierendeel Estruturas recíprocas Parabolóides hiperbólicos Abóbadas e Cúpulas, entre outras Edifícios altos Vídeo 52 Estruturas dos Edifícios Altos assista on-line Apesar de não pertencer ao escopo do presente curso, achamos conveniente comentar alguns tópicos a respeito dos edifícios altos. Quanto ao projeto dos pisos e coberturas não há qualquer diferença de concepção em relação aos edifícios não considerados altos. O problema dos edifícios altos está nos efeitos provocados pelos ventos. A primeira, e difícil questão, é definir o que seja um edifício alto. Algumas normas simplificam a questão denominando edifícios altos aqueles que têm mais de cinco pavimentos. Essa definição não é adequada tendo em vista que se pode projetar edifícios com mais de cinco pavimentos com uma grande área de projeção, o que pode representar pouca ou quase nenhuma influência nos esforços resultantes da aplicação da carga de vento. O efeito do vento torna-se gradativamente maior quanto menos rígida for a edificação. Nesse sentido, a relação entre altura e projeção do edifício parece ser o parâmetro mais conveniente para definir quando um edifício pode ser considerado alto para efeitos estruturais. Uma boa relação pode ser aquela que diz que um edifício pode ser considerado alto quando a relação entre sua altura e a menor dimensão da sua projeção ultrapassar 6. Figura 62 Tipo Edifício Alto Edifício Baixo Relação Base X Altura h > = 6 b menor h > 6 b menor 18

19 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte Os sistemas de Contraventamento Vídeo 53 Contraventamentos assista on-line Para absorver as forças de vento são usados diversos sistemas de contraventamento. Além dos mais comuns, em X, pórticos e paredes, sendo que com o uso de paredes isoladas são denominadas paredes de cisalhamento ( shear wall ) e quando associadas se constituem em núcleos rígidos e, geralmente formadas pelas paredes de escadas e elevadores. Podem ainda ser usados outros siste- mas menos comuns, como o pseudo tubo. Este sistema é usado para edifícios muito altos, acima de 100 andares. No caso de contraventamentos em X, ou em V, é importante lembrar o que já foi dito sobre a absorção deles pela arquitetura. Muitas vezes esses contraventamentos são apropriados pela arquitetura, que deles tira partido formal. Foto 84 - John Hancock Center SOM Fonte: (acesso em 10/12/2009) Foto 85 Contraventamento vertical utilizado como partido estético. Fonte: Arqtº João Diniz Quando são usados pórticos para contraventamentos, alguns cuidados devem ser observados: para que os pórticos se tornem rígidos os pilares devem ter sua direção de maior rigidez na direção dos eixos dos vigamentos. Figura 63 19

20 Módulo 4 : 1ª parte Quando são usadas paredes para contraventamento aproveitam-se aquelas que, originalmente, encontram-se na arquitetura, como as caixas de escada e elevadores. Paredes adicionais podem ser criadas, mas só quando elas forem estritamente necessárias. Em todas as situações de contraventamento devem ser observadas as condições de no mínimo três planos de contraventamentos não concorrentes. Além disso, para os edifícios altos, é sempre desejável que os contraventamentos dêem um travamento simétrico à estrutura, evitando torções que possam originar acréscimos de esforços na estrutura. Figura 64 Figura 65a a) Contraventamento Assimétrico Ocorre torção no edifício. Distribuição não simétrica e carga nos pilares. Figura 65b b) Contraventamento Simétrico Distribuição simétrica de carga nos pilares. 20

21 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Ainda é importante salientar que a própria forma do edifício em planta pode favorecer sua rigidez. Ou seja, quanto mais elementos longe do centro de gravidade da seção do edifício maior será a sua rigidez. Figura 66 Exemplos fotográficos de Edificios Altos Foto 86 Edificio Alfacon pórticos em aço Fonte: CBCA Foto 87 Edificio Alfacon Vista da estrutura Fonte: CBCA 21

22 Módulo 4 : 1ª parte Foto 88 Edificio Alfacon Vista geral Fonte: CBCA Foto 89 Hotel Cesar Park Guarulhos Estrutura em pórticos rígidos e dois núcleos de estabilização em concreto. Fonte: Sidnei Palatnik Foto 90 Detalhe de contraventamento entre pilares. Fonte: Sidnei Palatnik Foto 91 Edificio Capri - BH Vista Geral Fonte: João Diniz Foto 92 Edificio CRQ Vista geral Fonte: Ernesto Tarnocsy Foto 93 Edificio Itau Cultural Vista da estrutura Fonte: Sidnei Palatnik 22

23 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Foto 94 Edificio Itau Cultural Vista Geral Fonte: Sidnei Palatnik Foto 95 Petronas Towers Kuala Lumpur Núcleo rígido em concreto e estrutura metálica Foto 96 Sears Tower sistema estrutural de aço em pseudo-tubos. Foto 97 Bank of China Hong Kong Estrutura com contraventamento integral 23

24 Módulo 4 : 1ª parte 4.4. Critérios para lançamento da estrutura Vídeo 54 O Lançamento da Estrutura assista on-line Critérios para lançamento de estrutura no plano horizontal Dá-se o nome de lançamento da estrutura ao procedimento de locar lajes, vigas e pilares de forma a se criar uma estrutura capaz de suportar as cargas do projeto arquitetônico, buscando uma estrutura que se adapte bem a ele, sem prejudicá-lo esteticamente. Seria sempre desejável que o arquiteto, ao projetar a arquitetura, já estivesse preocupado com a estrutura resultante da sua concepção, de modo que estrutura e arquitetura se integrem sem que uma prejudique a outra. Infelizmente isso nem sempre ocorre, fazendo com que muitas vezes a estrutura tenha que se adaptar de maneira forçada ao projeto arquitetônico, ou ainda, que este tenha que ceder às necessidades da estrutura prejudicando sua estética, ou funcionalidade, e sofrendo, em situações extremas, modificações profundas. Não existem regras definitivas e precisas para o lançamento da estrutura. O que será feito aqui é propor alguns critérios que sirvam de ponto de partida. Nem sempre a primeira solução proposta é a melhor. É recomendável que se estudem outras, no mínimo três, para que se possa escolher, dentre elas, aquela que melhor atenda à interação entre arquitetura e estrutura, do ponto de vista estético, e/ou técnico e econômico. O lançamento pode ser iniciado por qualquer nível. Entretanto a experiência mostra que ao se começar pelo pavimento intermediário pode-se chegar mais rapidamente à solução mais adequada. Usando o pavimento intermediário tem-se mais domínio sobre como a solução proposta interfere no pavimento inferior e superior. No lançamento da estrutura deve-se evitar a angústia de ter de encontrar a melhor solução. Deve ser lembrado que a melhor solução não existe; existe sim, uma solução muito boa que atende determinados parâmetros, pré-estabelecidos, de ordem estética, construtiva e econômica. Essa boa solução acabará por surgir das várias tentativas que se fizer Critérios para locação de lajes e vigas Para orientar a experimentação de alternativas serão apresentados nos próximos itens alguns critérios para locação de lajes e vigas. Os primeiros critérios apresentados tratam de locação de vigas, já que a locação da laje está intimamente ligada à locação das vigas. a. É interessante que as vigas sejam locadas de forma que os panos de lajes resultem de tamanhos próximos. Não é conveniente ter panos de lajes muito grandes junto a outros muito pequenos. Lajes com vãos muito diferentes apresentam dois inconvenientes: a1. O primeiro é que lajes com vãos muito diferentes têm, para efeito de resistência, necessidade de espessuras muito diferentes; como é interessante, do ponto de vista construtivo, que as lajes de um mesmo pavimento tenham a mesma espessura, adota-se como espessura única a da laje de maior vão, com isso, superdimensionado-se em muito, as lajes de vãos menores. 24

25 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 a2. O segundo inconveniente é que lajes de vãos muito diferentes podem provocar comportamento inadequado da estrutura, como mostrado na figura a seguir. Figura 67 Como se pode observar, quando carregadas, a laje de menor vão tende, por influência da laje de maior vão, a ser submetida apenas a momentos negativos (tração em cima), provocando, na viga que apóia a menor laje, um carregamento de baixo para cima. Esta viga torna-se mais um elemento de ancoragem que de apoio. Neste caso a eliminação dessa viga é mais interessante, fazendo com que a laje menor esteja em balanço em relação à maior. Do ponto de vista construtivo, a eliminação da viga facilita a execução das formas. b. Sempre que possível, a viga deve ser locada sob uma alvenaria. Como a viga é mais rígida que a laje, devido sua maior espessura, ela sofre menos deformações quando solicitada pela carga da alvenaria, evitando, nesta, trincas indesejáveis. Ver figura. 25

26 Módulo 4 : 1ª parte Figura 68 Sendo impossível atender este critério, recomendase que a parede, e também seu revestimento, sejam executados mais tarde, quando a laje já tiver sofrido as maiores deformações. c. Sempre que possível as vigas devem ser locadas sobre alvenarias. Pretende-se com isso evitar que as lajes se apóiem sobre as alvenarias, introduzindo esforços não previstos no cálculo. Ver figura. Pode-se prescindir da viga quando a alvenaria estiver locada a menos de 1/4 do vão. Nesta posição as lajes são mais rígidas e os efeitos das deformações sobre a alvenaria podem ser desprezados. Figura 69a 26

27 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura 69b Pode-se ver, pela figura anterior, que usando a viga sobre a alvenaria define-se, ainda na fase de projeto, seu apoio, armando-se a laje de forma adequada. Caso torne-se impossível o uso da viga sobre a alvenaria, recomenda-se que a mesma só seja executada depois da laje ter sofrido as maiores deformações. Quando a alvenaria estiver locada a menos de 1/4 do vão da laje pode-se prescindir do uso da viga. Nesta situação as deformações da laje junto à alvenaria são pequenas e o efeito de apoio é desprezível. d. Sempre que o uso de uma viga interferir esteticamente no pavimento inferior, e quando possível, pode-se inverter a viga, isto é, colocar a laje na face inferior da viga. Neste caso, deve-se prever reforços na mesa inferior, usando nervuras verticais. Figura 70 27

28 Módulo 4 : 1ª parte Quando a laje apoiar-se a meia altura da alma da viga, deverá ser prevista uma cantoneira soldada na alma da viga, para apoio da laje. Figura 71 É óbvio, nessas duas últimas situações, que as lajes não podem colaborar como vigas mistas Critérios para lançamento da estrutura Pertencem ao plano vertical da estrutura os pilares e contraventamentos verticais. É importante insistir que um bom projeto arquitetônico e, conseqüentemente, estrutural de aço, deve levar em consideração na determinação do pé direito dos pavimentos a questão de perdas. Por isso é interessante que essas dimensões sejam múltiplos ou submúltiplos dos comprimentos padrões dos perfis, ou seja, de 6 e 12 m Critérios para lançamento de estrutura no plano vertical a. Como já comentado em obras residenciais, o espaçamento econômico entre pilares é de 4 a 6 m. b. Os pilares devem ser locados de forma que as vigas resultem com vãos da mesma ordem de grandeza. Diferenças de até 20% de um vão para o outro, são aceitáveis. Deve-se evitar situação semelhante a que aparece na figura. Quando a viga é carregada, seu vão maior tende a fazer com que o menor seja solicitado exclusivamente por momentos negativos, provocando reação negativa no apoio extremo do vão menor. O pilar deste apoio acaba atuando mais como tirante que pilar. Numa situação como esta é preferível eliminar o apoio extremo, transformando o vão menor em balanço e tornando, com isso, a execução mais simples e a estrutura mais econômica. 28

29 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 Figura 72 c. Sempre que possível, os pilares devem ser locados de forma que se crie balanços que aliviem vãos centrais. A figura mostra as relações mais interessantes entre balanços e vãos centrais. Figura 73 d. Os pilares devem ser locados de forma que sejam contínuos da fundação à cobertura. Evitam-se, com isso, vigas de transição, que encarecem a estrutura. e. Sempre que possível os pilares devem ser locados no encontro das vigas. Este é um critério desejável, mas não obrigatório, já que vigas podem, sem problema algum, ser apoiadas em outras vigas. O único inconveniente é que, ao se apoiarem em outras, as vigas depositam, nestas, cargas concentradas que tendem a aumentar seus esforços, tornando-as mais caras. 29

30 Módulo 4 : 1ª parte f. Sempre que possível os pilares devem ser locados de forma que se encontrem numa mesma linha, para facilitar a locação em obra. Análise da estrutura em edifícios comerciais e residenciais Apesar de se ter em mente que a direção de apoio dos elementos de piso deve ser sempre na direção de menor vão, nem sempre essa distribuição corresponde a estrutura mais econômica. Nessa distribuição temos sempre o menor custo para a laje, mas em compensação não o menor peso ou custo para a estrutura metálica. Devemos lembrar que o custo final deve levar em conta o custo da laje e da estrutura metálica. De nada adianta o custo da laje ser baixo e o da estrutura de aço ser alto; o que nos interessa é que o custo final da soma dos custos da laje e da estrutura metálica seja o menor. Um estudo por nós realizado mostra que os vãos mais econômicos para um piso em estrutura metálica é em torno de 4 m por 6 m, com a laje vencendo o maior vão. Nesta análise, de forma semelhante ao que fizemos com os pisos de mezaninos, compa- ramos os custos totais (estrutura de aço e laje) para diversos vãos e tipos de pisos. Figura 74 TABELA I Menor peso (kgf/m²) e menor custo de referência usando laje pré-moldada tipo treliçada Vão (m) ,3 125,40 21,2 110,30 18,7 105,60 28,0 134,90 35,7 162,20 43,5 192,50 47,6 204, ,7 108,40 17,0 100,00 22,8 116,00 31,9 149,00 38,0 170,70 45,3 196, ,0 102,80 28,1 134,90 25,8 126,40 33,0 157,50 41,1 186,70 30

31 Dimensionamento de Estruturas em Aço parte 1 TABELA II Menor pêso (kgf/m² ) e menor custo de referência usando painéis de concreto celular ou laje protendida alveolar. Vão (mm) ,7 171,60 27,2 162,20 23,2 166,90 16,2 146,20 15,6 166,00 17,1 198,10 15,9 217, ,7 157,50 25,6 156,60 15,1 142,40 15,5 165,00 14,8 192,50 14,4 188, ,4 141,50 15,7 146,20 15,8 166,90 14,9 190,50 14,5 213, ,4 161,30 18,1 175,40 18,7 203,70 17,9 225, ,7 192,40 20,8 211,30 37,9 246, ,2 241,50 28,5 263, ,8 274,50 CONCLUSÕES Nem sempre a solução que apresenta o menor consumo de aço é a mais econômica. Tome-se, por exemplo, o piso com vão de 6 m x 10 m. No caso do uso da laje pré-moldada treliçada o peso da estrutura metálica é de 25,8 kgf/m2 e o custo de referência de 126,40. No caso de laje alveolar protendida, apesar do peso da estrutura ser bem menor, 15,8 kgf/m², seu custo total de referência é bem maior, 166,90, ou seja 32 % mais caro. Para a laje pré moldada treliçada, os vãos entre pilares mais econômicos são 6 m x 4 m, devendo a laje ser armada na direção do vão maior. O uso de laje treliçada resulta nas soluções mais econômicas, mas nem sempre as de menor consumo de aço. Os vãos entre pilares de 6 m x 4 m são os que apresentam menor consumo de aço. Para vãos entre pilares acima de 8 m x 3 m, o uso de lajes do tipo painel de concreto celular ou alveolar protendida apresenta menor consumo de aço. A solução mais econômica para lajes com painéis de concreto celular ocorre com vãos entre pilares de 6 m x 6 m. Neste caso usando nervuras a cada 2 m e com os painéis apoiados nas nervuras. A solução mais econômica para lajes alveolares protendidas ocorre para vãos entre pilares de 4 m x 8 m. Neste caso com a laje distribuída na direção do vão maior. 31

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