MÓDULO 1 Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas em perfis soldados e laminados

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1 Projeto e Dimensionamento de de Estruturas metálicas e mistas de de aço e concreto MÓDULO 1 Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas em perfis soldados e laminados 1

2 Sistemas estruturais: coberturas 2

3 Sistemas estruturais Projeto de estruturas metálicas Arquitetura Manter a forma e as funções arquitetônicas Projeto de estrutura metálica Projeto básico Detalhamento p/fabricação Montagem Escritório de cálculo estrutural Empresas fabricantes e montadoras 3

4 Sistemas estruturais Projeto de estruturas metálicas Arquitetura Projeto Básico Projeto de Instalações Definição do sistema estrutural Pré-dimensionamento Análise da estrutura Dimensionamento Desenhos de projeto Memória de cálculo Lista de materiais 4

5 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Classificação quanto a forma Coberturas planas (horizontais/inclinadas) Coberturas curvas Coberturas em shed 5

6 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Classificação quanto ao sistema portante Pórtico simples Pórticos múltiplos 6

7 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Classificação quanto ao sistema portante Pórticos principais e anexos 7

8 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Classificação quanto ao sistema portante Estaiadas Estruturas em cabos Estruturas espaciais 8

9 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Seções transversais usuais 9

10 Sistemas estruturais Cobertura em Shed Corte A-A Coberturas e Galpões B A A Corte B-B B Shed com face vertical Shed com faces inclinadas Shed com face curva 10

11 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Cobertura em Shed Viga mestra Viga Treliçada Viga Vierendeel Viga Armada 11

12 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Cobertura em Shed trave 12

13 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Cobertura em Shed trave 13

14 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Cobertura em arco Características Vencem Grandes Vãos Baixo consumo de material Esforços de Flexão Esforços Axiais Aproveitamento Máximo da Seção 14

15 Sistemas estruturais Coberturas e Galpões Cobertura em arco 15

16 Sistemas estruturais Contraventamento horizontal correntes terças Coberturas e galpões: Componentes Longarinas fechamento bases pilares Contraventamento vertical 16

17 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Pilares Concreto Seção Alma Cheia Treliçada Seção Constante Seção Variável Esquema estático Rotulado engastado 17

18 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Pilares Alma Cheia Hpilar 30 d Hpilar 20 Treliçados Hpilar 20 b Hpilar 10 18

19 Sistemas estruturais Viga principal Coberturas e galpões: componentes Coletar as ações das terças e transmitir aos pilares, com os pilares formar o sistema vertical principal (pórticos principais) Em Alma Cheia Treliçada Treliças L > 15m Alma Cheia Menor custo de fabricação Mais Leves Manutenção mais fácil 19

20 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Viga principal Vínculo com pilar Flexível/Rotulado Rígido /engastado 20

21 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Viga principal em treliça H E H T Vão 15 H T Vão 8 0 H E 2000mm Ângulo de inclinação: de 5º a 15º 21

22 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Viga principal em treliça Banzos Paralelos 22

23 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Viga principal em treliça Tesouras 23

24 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Viga principal em treliça Parabólicas 24

25 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Viga principal em alma cheia h Vão 50 h Vão 70 Ângulo de inclinação: de 5º a 15º 25

26 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Pórtico principal DL Distância entre pórticos (DL): 5 a 12m (direção longitudinal) Distância usuais (DL): 5 a 7m (com terças em alma cheia) 26

27 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Terças Servir de apoio as telhas / contribuir na estabilidade Elementos submetidos a flexão composta 27

28 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Terças Comportamento estrutural Fy α F Fx Flexão composta Para a < 10 o Esquema estático Pode-se admitir flexão simples (sem decompor o carregamento) Biapoiada ( mais usual) contínua nua com mão francesa 28

29 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Terças Esquema estático tico l mãos francesas l As mãos francesas podem ser utilizadas para travar o banzo inferior da treliça Espaçamento entre terças Depende do tipo de telha e vão Valores usuais: 1500 mm a 2500mm 29

30 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Terças Espaçamento entre terças Depende do tipo de telha e vão Valores usuais: 1500 mm a 2500mm 30

31 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Tipos de terças: Alma cheia: para vãos até 8m Seções I, Z, U e U enrijecido Pré-dimensionamento: h =l/40 l /60 Treliçadas: para vão superiores a 8m Pré-dimensionamento: l /15 31

32 Sistemas estruturais Linhas de corrente: Tirante rígido cantoneiras Coberturas e galpões: componentes Auxilia na montagem Reduz comprimento para FLT redução de vão flexão composta Tirante flexível barras redonda Fy α F Fx 32

33 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Linhas de corrente: Terças TR1 TR2 TR3 TR4 Típico 33

34 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Longarinas / Travessas Ações devidas ao vento Fechamento lateral e frontal Ações gravitacionais (pp e sc) Elementos submetidos a flexão composta Mesmas recomendações para terças 34

35 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Longarinas / Travessas 35

36 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Pilares de fechamento Esquema Estático 36

37 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Contraventamento Funções:Garantir a estabilidade da estrutura para as ações horizontais Contraventamento Horizontal Contraventamento vertical Ações horizontais Seções: Cantoneiras, barras redondas, perfis tipo U e perfis tipo I É preferível trabalhar apenas com contraventamentos tracionado 37

38 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Contraventamento comportamento Horizontal Vertical 38

39 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Contraventamento comportamento Horizontal Vertical 39

40 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Contraventamento comportamento Horizontal Vertical 40

41 Sistemas estruturais Contraventamento Horizontal Contraventamento no plano das terças Coberturas e galpões: componentes Reações da ação do vento vento Inserir contraventamento: 1 a cada 5 tramos Contraventamento horizontal barra redonda - cantoneiras 41

42 Sistemas estruturais Contraventamento Horizontal Contraventamento no plano das terças Coberturas e galpões: componentes Treliça Contraventamento Treliça do Contravamentamento 42

43 Sistemas estruturais Contraventamento Vertical vento Coberturas e galpões: componentes Escora de beiral Contraventamento em X Reações para ação do vento T T T T Dimensionamento somente a tração barras com elevada esbeltez 43

44 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Contraventamento Vertical 44

45 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Travamento no banzo inferior No Plano Travamento lateral Travamento lateral Fora do Plano 45

46 Sistemas estruturais Coberturas e galpões: componentes Travamento no banzo inferior Linha de terça Barra redonda Barra redonda Barra rígida 46

47 LEGENDA M-1 47

48 M-2 48

49 Sistemas estruturais: Edifícios 49

50 Concepção estrutural Hierarquia dos sub-sistemas Estrutura sistema 3D trajetórias para as cargas Coletar e distribuir carregamentos horizontais e verticais Destino final: fundações Subsistemas planos Divisão intelectual para facilitar a compreensão e análise de estruturas complexas Vertical e horizontal 50

51 Trajetórias para as cargas Ações verticais planta Elevação lateral Elevação frontal Subsistema horizontal Lajes e vigamentos Ações verticais Vinculação com pilares comportamento do subsistema vertical 51

52 Trajetórias para as cargas Ações Horizontais Todas os eixos com ligações rotuladas Subsistema VERTICAL Contraventado 52

53 Trajetórias para as cargas Ações Horizontais Todos os eixos com ligações rígidas formando pórticos Seção transversal planta Ações atuantes divididas proporcionalmente a rigidez de cada pórtico Admiti-se deslocamento de corpo rígido no plano de cada pavimento Laje como diafragma rígido contraventamento no plano das vigas 53

54 Trajetórias para as cargas Ações Horizontais Não é necessário nem conveniente criar pórticos em todo os eixos Ligações rígidas Mais caras Maior dificuldade de execução Vigas mistas continuas ou semicontinuas Pórticos nas extremidades Pórticos nas extremidades Subsistema vertical Ações horizontais Sistema aporticado Ou quadro rígido 54

55 Trajetórias para as cargas Ações Horizontais Subsistema vertical outras opções Todas a ligações rotuladas Criar núcleo de rigidez Subsistema VERTICAL Núcleo rígido 55

56 Trajetórias para as cargas Ações Horizontais Subsistema vertical outras opções Todas a ligações rotuladas Criar núcleo de rigidez Subsistema VERTICAL Parede de cisalhamento 56

57 Subsistema vertical Função Ações horizontais Subsistem a vertical Estabilidade lateral Rigidez para deslocamentos horizontais Ações Horizontais Fundações Reações de apoio Sistema de contraventamento 57

58 Subsistema vertical Tipos 1 Sistema aporticado 2 Sistema contraventado 3 Parede de contraventamento 4 Núcleo rígido 5 Sistemas mistos 58

59 Subsistema vertical Tipos Ações horizontais 1 Sistema aporticado Pórticos Lig. rígidas Reações de apoio 59

60 Subsistema vertical Tipos 1 Sistema aporticado: Características Ligações mais complexas e caras Não interfere na arquitetura Melhor estabilidade na montagem Até 30 pavimentos 60

61 Subsistema vertical Tipos 2 Sistema contraventado Ações horizontais Subsistema vertical Reações de apoio 61

62 Subsistema vertical Tipos 2 Sistema contraventado: Características Ligações mais simples Estruturas mais econômicas Pode interferir na arquitetura Até 40 pavimentos 62

63 Subsistema vertical Tipos 3 Parede de contraventamento (cisalhamento) Ligações aço-concreto Compatibilizar construção de concreto com a fabricação da estrutura de aço Pode interferir na arquitetura 63

64 Subsistema vertical Tipos 4 Núcleo rígido De 20 a 40 pavimentos 64

65 Subsistema vertical 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 aço Núcleo rígido de concreto ou de aço A transferência das ações horizontais até o núcleo é feita pela laje Ligações mais simples nos demais elementos A localização do núcleo rígido interfere na resposta global da estrutura 65

66 Subsistema vertical Tipos 4 Núcleo rígido: Características 66

67 Subsistema vertical 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 edificação 2 Possibilidade de interferência com a arquitetura 3 Magnitude das ações horizontais 4 facilitar as ligações (fabricação e montagem) 67

68 Subsistema Horizontal Função Coletar ações verticais Distribuir para os pilares e deste para as fundações Distribuir ações horizontais para os subsistemas verticais Diafragma rígido 68

69 Subsistema Horizontal caminhamento das ações 69

70 Subsistema Horizontal Componentes Partes constituintes Laje Vigas Contraventamento horizontal 70

71 Subsistema Horizontal Tipos de lajes 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 71

72 Subsistema Horizontal Tipos de lajes Tipos de lajes 72

73 Subsistema Horizontal Tipos de lajes 73

74 Subsistema Horizontal Tipos de vigas Vigas de alma cheia Vigas treliçadas Vigas colméia Vigas vierendeel Vigas mistas aço-concreto 74

75 Subsistema Horizontal Tipos de vigas Alma cheia Viga colméia 75

76 Subsistema Horizontal Tipos de vigas Viga treliçada Viga vierendeel 76

77 Subsistema Horizontal Tipos de vigas Vigas mistas aço-concreto 77

78 Subsistema Horizontal Tipos de vigas Vigas mistas aço-concreto 78

79 Subsistema Horizontal Arranjos Arranjos comuns de pavimento v1 v1 v1 v1 v2 v1 v1 v2 v1 v1 v1 v1 v1 v2 v1 v2 Viga V2 mais carregada Viga V2 menos carregada 79

80 Subsistema Horizontal Efeito diafragma 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 80

81 Outros sistemas estruturais Tubular Estrutura tubular Tubo Oco Vierendeel Tubo Oco Treliçado Tubo Celular 81

82 Outros sistemas estruturais Tubular Tubo Oco Vierendeel Paredes Externas Malha de Vigas e Pilares Ligações Rígidas Pilares Internos Ações Gravitacionais Indicado até 50 Pavimentos 82

83 Outros sistemas estruturais Tubular Tubo Oco Treliçado Paredes Externas Malha Densa de Diagonais Melhor Efeito de Tubo Desvantagens Grande número de ligações Difícil fixação das vigas 83

84 Outros sistemas estruturais Tubular Tubo Oco Treliçado Melhoria dos Sistemas Anteriores Redução do Número de Ligações Bom Efeito de Tubo 84

85 Outros sistemas estruturais Tubular Tubo Celular Princípio Básico Inserção de Diafragmas Alma de viga em balanço Formação de Células 85

86 Outros sistemas estruturais Pisos suspensos 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 86

87 Outros sistemas estruturais Pisos suspensos Quadrado Em Cruz Retangular Duplo Trapézio 87

88 Outros sistemas estruturais Treliça inter pavimento Treliças da altura do pé direito Pilares na periferia Planejamento circulação interna 88

89 Pré-dimensionamento 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): Estima-se o momento fletor de cálculo (de forma simplificada se adotar um carregamento de 8kN/m 2 a 10kN/m 2 no pavimento) Msd e determina-se o módulo elástico W da seção considerando um tensão de trabalho de 0,6fy Pré-dimensionamento das vigas estimando a flecha (I): 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 89

90 Pré-dimensionamento Pilares Pré-dimensionamento de pilares 1. Estima-se o esforço de compressão por meio de áreas de influência 2. Pode se considerar um carregamento de 8kN/m 2 a 10kN/m 2 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 1 5. Determina-s, finalmente, a área requerida para a seção da seção 90

91 Pré-dimensionamento Pilares Pré-dimensionamento de pilares P1 Ap1 V10 P1 P1 V10 P1 V15 L5 V11 V15 Ap3 V15 L5 V11 V15 P2 V16 P2 Ap2 L6 V12 L6 V11 P3 V17 P3 V18 V13 V14 V13 V18 V17 P3 P3 L6 V12 L6 V11 V16 P2 P2 V15 P1 L5 V10 V15 P1 V15 P1 L5 V10 V15 P1 91

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