MÓDULO 1 Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas … · Projeto de estrutura metálica...

1Prof. Dr. Alex Sander Clemente de Souza

Projeto e Dimensionamento de Estruturas metlicas e

mistas de ao e concreto

Projeto e Dimensionamento de Estruturas metlicas e

mistas de ao e concreto

MDULO 1

Projeto e dimensionamento de estruturas metlicas em perfis

soldados e laminados


Sistemas estruturais: coberturas Sistemas estruturais: coberturas


Sistemas estruturaisSistemas estruturaisProjeto de estruturas

metlicas

Arquitetura

Projeto de estrutura

metlica

Manter a forma e

as funes

arquitetnicas

Projeto bsicoDetalhamento

p/fabricaoMontagem

Escritrio de

clculo estrutural

Empresas fabricantes e

montadoras


Sistemas estruturaisSistemas estruturaisProjeto de estruturas

metlicas

Projeto BsicoArquiteturaProjeto de

Instalaes

Definio do

sistema estrutural

Pr-dimensionamento

Anlise da

estrutura

Dimensionamento

Desenhos de

projeto

Memria de clculo

Lista de materiais


Sistemas estruturaisSistemas estruturaisCoberturas e Galpes

Classificao quanto a forma

Coberturas planas (horizontais/inclinadas)

Coberturas curvas

Coberturas em shed



Classificao quanto ao sistema portantePrtico simples Prticos mltiplos



Classificao quanto ao sistema portante

Prticos principais e anexos



Classificao quanto ao sistema portanteEstaiadas

Estruturas espaciais

Estruturas em cabos



Sees 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 Treliada Viga Vierendeel

Viga Armada



Cobertura em Shed trave



Cobertura em arco

CaractersticasVencem Grandes Vos

Baixo consumo de material

Esforos AxiaisEsforos de Flexo

Aproveitamento Mximo

da Seo



Cobertura em arco


Sistemas estruturaisSistemas estruturaisCoberturas e galpes:

Componentes

basespilares

teras

Contraventamento

horizontal

Contraventamento

vertical

Longarinas

fechamento

correntes



componentes

Pilares

SeoAlma Cheia

Treliada

Seo

Constante

Seo Varivel

Concreto

Rotulado

engastado

Esquema

esttico



componentes

Pilares

Alma Cheia

Treliados

2030

Hpilard

Hpilar

1020

Hpilarb

Hpilar


Sistemas estruturaisSistemas estruturais

Viga principal

Em Alma Cheia Treliada

Trelias

L > 15m

Mais Leves

Alma Cheia

Menor custo de

fabricao

Manuteno mais fcil

Coletar as aes das teras e transmitir aos pilares, com os pilares formar o

sistema vertical principal (prticos principais)

Coberturas e galpes:

componentes



Viga principal

Flexvel/Rotulado

Rgido /engastado

Vnculo com

pilar


componentes



mmHE 20000

Viga principal em trelia


componentes

HT

HE

815

VoH

VoT

ngulo de inclinao: de 5 a 15





componentes

Banzos Paralelos





componentes

Tesouras





componentes

Parablicas



Viga principal em alma cheia


componentes

7050

Voh

Vo

h

ngulo de inclinao: de 5 a 15



componentes

Prtico principal

Distncia entre prticos (DL): 5 a 12m (dire5 a 12m (direo longitudinal)o longitudinal)

Distncia usuais (DL): 5 a 7m (com ter5 a 7m (com teras em alma cheia)as em alma cheia)

DL



componentes

Teras

Servir de apoio as telhas / contribuir na estabilidade

Elementos submetidos a flexo composta



componentes

Teras

F Fx

Fy

Comportamento estruturalComportamento estrutural

Flexo compostaFlexo composta

Para a < 10oPodePode--se admitir flexo simplesse admitir flexo simples

(sem decompor o carregamento)(sem decompor o carregamento)

Esquema esttico

Biapoiada Biapoiada ( mais usual)( mais usual)

contcontnua nua

com mo francesacom mo francesa



componentes

Esquema estEsquema estticotico

llllllll llllllll

mos francesas

Espaamento entre teras

Depende do tipo de telha e vo

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

As mos francesas podem ser utilizadas para travar

o banzo inferior da trelia

Teras



componentes

Espaamento entre teras

Depende do tipo de telha e vo

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

Teras



componentes

Tipos de teras:

Alma cheia: para vos atpara vos at 8m8m

Treliadas: para vo superiores a 8mpara vo superiores a 8m

Sees I , Z , U e U enrijecido

Pr-dimensionamento: h =h = llllllll/40 @ /40 @ llllllll /60/60

Pr-dimensionamento: h=h= llllllll/10 @ /10 @ llllllll /15/15



componentes

Linhas de corrente:Auxilia na montagemAuxilia na montagem

Reduz comprimento para FLTReduz comprimento para FLT

redureduo de vo flexo compostao de vo flexo composta

Tirante flexvel

barras redonda

Tirante rgido

cantoneiras

F Fx

Fy



componentes

TR1 TR2 TR3 TR4

Teras

Tpico

Linhas de corrente:



componentes

Longarinas / Travessas

Fechamento lateral e frontalFechamento lateral e frontal

Elementos submetidos a flexo compostaElementos submetidos a flexo composta

Mesmas recomendaMesmas recomendaes para teres para terasas

Aes gravitacionais (pp e sc)

Aes devidas ao vento



componentes

Longarinas / Travessas



componentes

Esquema Esttico

Pilares de fechamento



componentes

Contraventamento

Contraventamentovertical

ContraventamentoHorizontal

Aes horizontais

Funes:Garantir a estabilidade da estrutura para as aes horizontais

prefervel trabalhar apenas com contraventamentos tracionado

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



componentes

Contraventamento comportamento

Horizontal Vertical



componentes


Horizontal Vertical



componentes

Contraventamento HorizontalContraventamento no plano das teras

vento

Contraventamento horizontal

barra redonda - cantoneiras

Reaes da ao do vento

Inserir contraventamento: 1 a cada 5 tramos



componentes

Contraventamento HorizontalContraventamento no plano das teras

Trelia Contraventamento

Trelia do

Contravamentamento



componentes

Contraventamento Vertical

T

T

T

T

vento

Escora de beiral

Reaes para ao do ventoContraventamento em X

Dimensionamento somente a trao barras com elevada esbeltez



componentes

Contraventamento Vertical



componentes

Travamento no banzo inferior

No Plano

Fora do Plano

Travamento lateral

Travamento lateral



componentes

Travamento no banzo inferior

Linha de tera

Barra redonda

Barra redonda Barra rgida


LEGENDA

M-1


M-2


Sistemas estruturais: Edifcios Sistemas estruturais: Edifcios


Concepo estruturalConcepo estruturalHierarquia dos sub-sistemas

Estrutura sistema 3D trajetrias para as cargas

Subsistemas planos Diviso intelectual para facilitar a compreenso

e anlise de estruturas complexas

Vertical e horizontal

Coletar e distribuir carregamentos

horizontais e verticais

Destino final: fundaes


Trajetrias para as cargas Trajetrias para as cargas

plantaElevao lateral

Elevao frontal

Aes verticais

Subsistema horizontal

Lajes e vigamentos

Aes verticaisVinculao com pilares

comportamento do subsistema

vertical


Todas os eixos com ligaes rotuladas

Subsistema VERTICAL

Contraventado

Trajetrias para as cargas Trajetrias para as cargas Aes Horizontais


planta

Aes atuantes divididas proporcionalmente a rigidez de cada prtico

Todos os eixos com ligaes rgidas formando prticos

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

Seo

transversal

Laje como diafragma rgido

contraventamento no plano das vigas



No necessrio nem conveniente criar prticos em todo os eixos

Prticos nas

extremidades

Prticos nas

extremidades

Ligaes rgidas

Mais caras

Maior dificuldade de execuo

Vigas mistas continuas ou semicontinuas

Subsistema vertical

Aes horizontais

Sistema aporticado

Ou quadro rgido



Todas a ligaes rotuladas

Subsistema vertical outras opes

Subsistema VERTICAL

Ncleo rgido

Criar ncleo de rigidez



Todas a ligaes rotuladas

Subsistema vertical outras opes

Subsistema VERTICAL

Parede de cisalhamento

Criar ncleo de rigidez



Aes Horizontais

Fundaes

Estabilidade lateral

Rigidez para

deslocamentos

horizontais

Sistema de

contraventamento

Reaes de apoio

Aes

horizontais

Subsistem

a vertical

Subsistema vertical Subsistema vertical Funo


1 Sistema aporticado

2 Sistema contraventado

3 Parede de contraventamento

4 Ncleo rgido

5 Sistemas mistos

Subsistema vertical Subsistema vertical Tipos


1 Sistema aporticado

Reaes de apoio

Aes

horizontais

Prticos

Lig. rgidas



1 Sistema aporticado: Caractersticas

Ligaes mais complexas e caras No interfere na arquitetura Melhor estabilidade na montagem

At 30 pavimentos



2 Sistema contraventado

Reaes de apoio

Aes

horizontais

Subsistema

vertical



2 Sistema contraventado: Caractersticas

Ligaes mais simples Estruturas mais econmicas Pode interferir na arquitetura

At 40 pavimentos



3 Parede de contraventamento (cisalhamento)

Ligaes ao-concreto Compatibilizar construo de concreto com a fabricao da estrutura de ao Pode interferir na arquitetura



4 Ncleo rgido

De 20 a 40

pavimentos



4 Ncleo rgido: Caractersticas Concentra a rigidez em um regio pequena Pode ser utilizado regies de escada e elevadores Compatibilizar execuo do ncleo e fabricao da estrutura de aoNcleo rgido de concreto ou de ao A transferncia das aes horizontais at o ncleo feita pela lajeLigaes mais simples nos demais elementos A localizao do ncleo rgido interfere na resposta global da estrutura



4 Ncleo rgido: Caractersticas



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 edificao

2 Possibilidade de interferncia com a arquitetura

3 Magnitude das aes horizontais

4 facilitar as ligaes (fabricao e montagem)



Coletar aes verticais

Distribuir para os pilares e

deste para as fundaes

Distribuir aes horizontais para

os subsistemas verticais

Diafragma rgido

Subsistema Horizontal Subsistema Horizontal Funo


Subsistema Horizontal Subsistema Horizontal caminhamento das

aes


Partes constituintes

Laje

Vigas

Contraventamento horizontal

Subsistema Horizontal Subsistema Horizontal Componentes


Laje convencional moldada in loco

Lajes treliadas

Pr-laje

Lajes pr-fabricadas

Lajes com forma de ao incorporada

Pavimentos mistos ao-concreto

Painis de madeira

Subsistema Horizontal Subsistema Horizontal Tipos de lajes


Tipos de lajes



Vigas de alma cheia

Vigas treliadas

Vigas colmia

Vigas vierendeel

Vigas mistas ao-concreto

Subsistema Horizontal Subsistema Horizontal Tipos de vigas


Alma cheia

Viga colmia



Viga treliadaViga vierendeel



Arranjos comuns de pavimento

v1 v1

v1 v1

v1 v1

v1 v1

v1 v1

v2

v2

v2

v2

v1

v1

Viga V2 mais carregada Viga V2 menos carregada

Subsistema Horizontal Subsistema Horizontal Arranjos


Deve se garantir que a laje tenha rigidez

suficiente para trabalhar como diafragma rgido

Contraventamento no plano das vigas caso a

laje no seja (ou no possa ser) considerada

diafragma rgido

Subsistema Horizontal Subsistema Horizontal Efeito diafragma


Estrutura tubular

Outros sistemas estruturais Outros sistemas estruturais Tubular

Tubo Oco Vierendeel

Tubo Oco Treliado

Tubo Celular


Tubo Oco Vierendeel

Paredes Externas

Malha de Vigas e Pilares

Ligaes Rgidas

Indicado at 50 Pavimentos

Pilares Internos

Aes Gravitacionais



Tubo Oco Treliado

Paredes Externas

Malha Densa de Diagonais

Melhor Efeito de Tubo

Desvantagens

Grande nmero de ligaes

Difcil fixao das vigas



Tubo Oco Treliado

Melhoria dos Sistemas Anteriores

Reduo do Nmero de Ligaes

Bom Efeito de Tubo



Tubo Celular

Princpio Bsico

Insero de Diafragmas

Formao de Clulas

Alma de viga em balano



Ncleo garante estabilidade lateral

Pisos suportados por tirantes

Fundao nica sob o ncleo

Usados em edifcios de 10 a 15 pav.

(limite: def. nos tirantes)

Tcnicas especiais de execuo do

ncleo compatveis com rapidez do ao

Outros sistemas estruturais Outros sistemas estruturais Pisos suspensos


Quadrado RetangularEm Cruz Duplo

Trapzio

Outros sistemas estruturais Outros sistemas estruturais Pisos suspensos


Outros sistemas estruturais Outros sistemas estruturais

Trelias da altura do p direitoPilares na periferiaPlanejamento circulao interna

Trelia inter pavimento


Pr-dimensionamentoPr-dimensionamentoVigas alma cheia

Pr-dimensionamento de vigas

Pr-dimensionamento das vigas relao altura vo: h=L/15 a L/20

VS 300x43 vos > 6,0m

VS 300x33 demais vos

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

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

Estima-se o momento fletor de clculo (de forma simplificada se adotar um carregamento de 8kN/m2 a 10kN/m2 no pavimento) Msd e determina-se o mdulo elstico W da seo considerando um tenso de trabalho de 0,6fy

Estima-se o o carregamento de servio, considera o limite de flecha de L/300 e determina-se o momento de inrcia mnimo da seo


Pr-dimensionamentoPr-dimensionamentoPilares

Pr-dimensionamento de pilares

1. Estima-se o esforo de compresso por meio de reas de influncia2. Pode se considerar um carregamento de 8kN/m2 a 10kN/m2 por

pavimento.3. No caso de flexo-compresso considera uma reduo da resistncia

a compresso 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 rea requerida para a seo da seo


Pr-dimensionamentoPr-dimensionamentoPilares

Pr-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

V17V18

V18

V16

Ap1

Ap2

Ap3

MÓDULO 1 Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas … · Projeto de estrutura metálica...

Documents

Transcript of MÓDULO 1 Projeto e dimensionamento de estruturas metálicas … · Projeto de estrutura metálica...