1_Concepções estruturais

Concepções estruturais

1ª aula

Professores:

Nádia Forti

João Carlos Rocha Braz

Ante - Projeto

O que você quer?

Satisfazer as necessidades e possibilidades

do cliente;

Espaços;

Volume;

Estética.

Ante - Projeto

O que você precisa?

Vãos:

Ante - Projeto

Cargas:

Cargas permanentes: Sua avaliação é função

dos materiais escolhidos:

• Peso próprio da estrutura - aço, concreto, madeira;

• Vedações - alvenarias, painéis e caixilhos;

• Acabamentos - pisos, enchimentos, forros e

impermeabilizações;

• Paisagismo - jardins sobre lajes;

• Implantação - arrimos e contenções;

• Coberturas - telhas e isolamentos;

• Instalações - hidráulica, elétrica, acústica,

equipamentos, etc.

Ante - Projeto

Cargas acidentais: São aquelas que podem ou não

agir sobre a estrutura, independente de nossa

determinação. Devido a esta sazonidade, eles devem

ser considerados durante todo o tempo, não podendo

nunca ser esquecidos.

1. Vento;

2. Sobrecarga;

3. Cargas dinâmicas.

Ante - Projeto

Sobrecargas: podem ser cargas de pessoas, móveis,

veículos, equipamentos, materiais armazenados, etc.

Ante - Projeto

Vento: Para a ação do vento, as cargas são

determinadas em função da localização da obra, altura

e forma do edifício, utilização e aberturas, conforme a

NBR 6123.

Ante - Projeto

Cargas dinâmicas: Podem

ser equipamentos, fluxo de

veículos ou vibração.

Estruturas muito esbeltas,

sujeitas à ação do vento,

devem ser verificadas sob

análise dinâmica. Ex:

passarelas, galpões

industriais com pontes

rolantes, industrias com

prensas.

Ante - Projeto

O que você pode?

Normas e limitações: segurança e conforto;

Diferentes materiais:

Concreto;

Aço;

Madeira.

Custos: mercado dos materiais, oferta da mão

de obra, tempo de execução;

Execução: tanto pode ser resultado como

condicionante da construção.

Ante - Projeto

Histórico – Estruturas em Aço

1200 - Marco Polo fala sobre pontes metálicas na

China e na Índia.

1700 - Inicia-se o moderno cálculo estrutural.

1777 - Coalbrookdale Bridge: primeira obra em

estrutura metálica, uma ponte metálica com 30

metros em vão, feita de ferro fundido (Inglaterra).

1780 - Há difusão de pontes em arco em ferro

fundido até 1820.

1820 - Início da laminação de trilhos.

1824 - Josef Roebling produz cabos de aço para

fazer a ponte do Niagara.

Ponte em Ferro - 1779

Histórico

1846 - Brittania Bridge na Inglaterra com vãos de 69,

138, 138 e 69 metros. É uma ponte tubular feita de

placas forjadas e perfis em L.

1848 Palm House (Londres).

1851 Palácio de Cristal (Londres).

1867 Monier patenteia uma série de peças em

concreto armado e praticamente nessa data nasce o

concreto armado.

1870 Início da laminação de perfis.

Vantagens do aço com relação a

outros materiais

Alta resistência da matéria prima;

Adaptatividade a qualquer forma estrutural;

Simplicidade de reforma e reforço;

Facilidade de montagem e desmontagem;

Rapidez de execução e redução de custos

proporcionadas pela industrialização;

Minimização do trabalho no local de obra;

Estrutura resultante mais leve.

Desvantagem do aço com relação a

outros materiais.

Alto custo inicial da obra;

Incêndio;

Deteriorização.

Tratamento de superfície e

revestimento Antes de receber qualquer sistema de proteção, o aço

deve passar por uma limpeza que remova de sua

superfície óleos, graxas, poeiras, ferrugem solta e carepa.

Normalmente esta limpeza é feita por jato abrasivo (areia

ou granalha) ou por processo manual.

Os principais tipos de revestimentos são:

• Contra corrosão: pintura e galvanização

• Contra fogo: materiais projetados, placas de gesso

acartonado, lã de rocha e tinta intumescente.

Descrição do material

Descrição do material

O aço-carbono é aquele no qual a resistência se deve

basicamente ao teor de carbono e manganês. Ex.: ASTM

A 36.

O aço de baixa liga e alta resistência é aquele em que a

adição de elementos químicos como Nióbio, Vanádio,

Titânio e outros promovem grandes ganhos de

propriedades mecânicas. Ex.: ASTM A 572.

A adição de Cobre, Níquel, Cromo e outros elementos

químicos a este aço acabam criando um grupo conhecido

como patinável, que tem maior resistência frente à

corrosão atmosférica, em condições específicas, quando

fica aparente e desenvolve a pátina. Ex.: ASTM A 588.

Tipos de aço utilizados

OA1 = trecho elástico

A1B1 = trecho plástico

B1C1 = trecho de encruamento

fu = tensão de ruptura

fy = tensão de escoamento

E = módulo de elásticidade

σ = E.Є

Valores típicos de fy e fu

fu

Propriedades do aço

Elasticidade

Capacidade do material voltar a forma original após carregamentos

Plasticidade

Def.plástica permanente provocada por tensão igual ou superior ao limite de escoamento (encruamento – material + frágil)

Ductilidade

É a capacidade dos materiais de se deformar plasticamente sem romper

Tenacidade

Capacidade do material absorver energia quando submetido a carga de impacto

CONCEPÇÃO

ESTRUTURAL

CONCEPÇÕES ESTRUTURAIS

PASSARELA DE PEDESTRE


GALPÕES INDUSTRIAIS

Exemplo – Treliças

Exemplo – Treliças










COBERTURA DE GINÁSIOS DE ESPORTES


COBERTURA PARA ESCRITÓRIOS






COBERTURA DE PAVILHOES


ESTACIONAMENTOS

Tipos de perfis utilizados em

estruturas metálicas Os perfis de aço podem ser obtidos pelos seguintes

métodos:

laminação; solda; dobramento (chapas finas) Os perfis laminados são feitos por laminação.

Os perfis soldados abrangem uma vasta gama de tamanhos e atendem às necessidades estruturais com economia.

Perfis dobrados são feitos em chapa fina e são usados para estruturas de menor porte; podem ser com ou sem reforço de borda.


estruturas metálicas - Laminados

PERFIL LAMINADO

Laminadores

cilíndricos

conformadores


estruturas metálicas


estruturas metálicas- Soldados CHAPA SOLDADA

Os perfis soldados são obtidos pelo corte, composição e

soldagem de chapas planas de aço, permitindo grande

variedade de formas e dimensões das seções e seu uso

está bastante aquecido no mercado nacional.

São classificados em séries, de acordo com sua utilização

na estrutura, sendo os mais empregados em edificações:


estruturas metálicas- Dobrados

CHAPA DOBRADA

CHAPA DOBRADA

Os perfis estruturais formados a frio são obtidos pelos

processos de dobramento a frio de chapas de aço.

Embora padronizados, podem ser produzidos pelos

fabricantes com a forma e tamanho solicitados. São

recomendados para construções leves, sendo utilizados

em elementos estruturais como barras de treliças, terças,

etc.


estruturas metálicas - Cantoneira

ELEMENTOS DE LIGAÇÃO ENTRE PEÇAS

Cantoneiras

BARRAS DE TRELIÇAS

Cantoneiras

COMPOSIÇÃO DE PILARES

Cantoneiras


estruturas metálicas – Perfil U

Kgf/m)

BARRAS DE TRELIÇAS

Perfil U

COMPOSIÇÃO DE PILARES

Perfil U

VIGAS PARA PEQUENAS CARGAS E VÃOS

Perfil U

TERÇAS PARA TELHADO

Perfil U

VIGA PARA APOIO DE DEGRAUS DE ESCADA

Perfil U


estruturas metálicas – Perfil I

VIGA

Perfil I

PILARES DE PEQUENAS CARGAS

Perfil I


estruturas metálicas – Perfil H

CONCEPÇÃO

ESTRUTURAL

VIGAS

INTRODUÇÃO

Quanto a concepção as vigas podem ser de:

Alma cheia;

Mistas.

Vierendeel;

Alveolares;

Treliças Planas;

Arco;

Treliças Espaciais;

Vagonadas

VIGAS DE ALMA CHEIA

Comportamento de uma vigas de alma cheia

VIGAS DE ALMA CHEIA

Comportamento de uma vigas de alma cheia

VIGAS DE ALMA CHEIA

Dimensões para vãos econômica

VIGAS DE ALMA CHEIA

Os valores de referência para um pré-dimensionamento das alturas de vigas de seção I, simplesmente apoiadas, são:

Vigas biapoiadas h = 4% à 6% do vão (para vãos de 8 a 20 m)

Vigas contínuas ou as secundárias h= = 4% à 6% do vão (para vãos de 4,5 a 18 m)

A largura da viga deve variar entre 40 à 60% da altura

VIGAS MISTAS

Os valores de referência para um pré-dimensionamento das alturas de vigas de seções mistas são:

5% à 4% de vão (para vãos de 6 a 20 m)

STEEL DECK

VIGAS VIERENDEEL

São vigas compostas de barras resistentes na forma de quadros, unidas entre si por meio de ligações rígidas.

VIGAS VIERENDEEL

Comparação com o deslocamento de uma treliça

VIGAS VIERENDEEL

VIGAS VIERENDEEL

São vigas compostas de barras resistentes na forma de quadros, unidas entre si por meio de ligações rígidas.

h = 10% à 14% do vão (para vãos de 12 a 35 m)

A largura é de b = 80 à 100% da altura h’

h’ = h/6 à h/4

VIGAS ALVEOLARES – Segue o pré-

dimensionamento das vigas Vierendeel

VIGAS TRELIÇADAS

Os valores de referência para um pré-dimensionamento das alturas de vigas de seções treliçadas são:

h = 10% à 14% do vão (para vãos de 12 a 35 m)

VIGAS EM ARCO

Os valores de referência para um pré-dimensionamento das alturas de vigas em arco são:

flecha = 10% à 20% do vão;

Largura = 10% à 20% da flecha;

h = 2% do vão

VIGAS TRELIÇADAS ESPACIAIS



VIGAS VAGONADAS

Os valores de referência para um pré-dimensionamento das alturas de vigas vagão são:

VIGAS VAGONADAS

TRELIÇAS PLANAS

USUAIS

TRELIÇAS PLANAS CONVENCIONAIS

Treliça trapezoidal plana composta por banzos, diagonais e montantes

Banzo superior

Banzo inferior Montantes Diagonais


Treliça em banzos paralelos plana composta por banzos, diagonais e montantes

Banzo superior



Treliça em banzos paralelos plana composta por banzos, diagonais e montantes

Banzo superior


SISTEMA GERAL DA

ESTRUTURA EM DUAS

ÁGUA

SISTEMA GERAL DA ESTRUTURA EM

DUAS ÁGUAS

Pórtico plano composto por treliça trapezoidal de aço

e pilares de concreto armado com platibandas


DUAS ÁGUAS


DUAS ÁGUAS

Padronização dos espaçamentos entre eixos e filas

de pilares


dos pórticos

Padronização dos espaçamentos e alinhamentos das

terças


terças

Falta de estabilidade fora do plano

Sistema geral de contraventamento dos banzos

superiores das treliças

Corte dos contraventamento verticais dos banzos

inferiores da treliças

Sistema geral de contraventamento das terças

Sistema geral de contraventamento das terças e

treliças


treliças

SISTEMA GERAL DA

ESTRUTURA EM ARCO


DUAS ÁGUAS

Pórtico plano composto por treliça em arco circular

de aço e pilares de concreto armado com

platibandas


DUAS ÁGUAS


DUAS ÁGUAS


de pilares


dos pórticos


terças


terças

Falta de estabilidade fora do plano

Sistema geral de contraventamento dos banzos

superiores das treliças e terças

Corte dos contraventamento verticais dos banzos

inferiores da treliças


treliças


treliças

DESENVOLVIMENTO

DO PROJETO

ESTRUTURAL

DESENVONVIMENTO DO PROJETO

ESTRUTURAL

1. Memorial descritivo do projeto

2. Arquitetura de edificação

3. Concepção estrutural

4. Carregamentos

5. Combinações das ações

6. Determinação dos esforços

7. Dimensionamento dos elementos estruturais

DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

1 – Memorial descritivo do projeto

1.1 Localização e finalidade da obra

1.2 Área de trabalho adequada : arquitetura com aberturas para iluminação, ventilação e passagem

1.4 Equipamento adequados para movimentação, tais como elevadores, escadas, gruas, pontes rolantes

1.5 Elementos provisórios para futuras ampliações

1.6 Detalhes de execução

1.7 Normas consideradas no projeto

- NBR 8800/2006 – Projeto e execução de estruturas de aço em edifícios

- NBR 8681/1984 – Ações e segurança nas estruturas

- NBR 6123/1988 – Forças devido ao vento em edificações



1.8 – Especificações de projeto

1.8.1 - Telhado em duas águas com treliças trapezoidais

- vãos da treliça

- distância entre treliças: de 4,0 a 6,0 m

- Inclinação do telhado

- Altura do montante de apoio

- Ângulo de arranque do montantes de apoio

- Ângulo entre os banzos e diagonais: 300 ≤ β ≤ 600

- Pilares de concreto armado ou aço

- Excentricidade dos pilares



1.8.2 - Telhado em arco com treliças em arcos circulares

- vãos da treliça


- Ângulo de arranque doa montantes de apoio


- Distância entre banzos: 1/50 ≤ h / L ≤ 1/30

- Relação “flecha / vão”: 1/10 ≤ f / L ≤ 1/5




1.8.3 - Telhado em duas águas com treliças em banzos

paralelos

- vãos da treliça


- Ângulo de arranque doa montantes de apoio


- Distância entre banzos: 1/50 ≤ h / L ≤1/30



2.1 Arquitetura de edificação em duas águas


2.2 Arquitetura de edificação em arcos


3 – Concepção estrutural

3.1 – Geometria da treliça trapezoidal com cotas e ângulos



3.2 – Posicionamento e fixação das telhas metálicas



3.3 – Detalhe da calha para treliças trapezoidais



3.4 – Geometria da treliça em arco com cotas e ângulos



3.5 – Posicionamento e fixação das telhas metálicas



3.6 – Detalhe da calha para treliças em arcos e banzos paralelos

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