Bases para Concepção Estrutural de Edifícios

Prof. Sandro CabralProf. Marçal Rosas

Engenheiro Civil/UFPBMestre em Eng. Urbana /UFPB

Centro Universitário de João PessoaCurso de Arquitetura e Urbanismo

Introdução

• A concepção estrutural na arquitetura se refere a definição espacial dos elementos estruturais e seu pré-dimensionamento.

• Esta é uma atribuição do arquiteto, devendo fazer parte do processo criativo, respeitando os princípios técnicos/estruturais.

Bases históricas

Período clássicoPeríodo clássicoEstrutura e arquitetura intrinsicamente Estrutura e arquitetura intrinsicamente interligadasinterligadasMestre construtorMestre construtor

Bases históricas

Período góticoPeríodo góticoEstrutura e arquitetura intrinsicamente Estrutura e arquitetura intrinsicamente interligadasinterligadasMestre construtorMestre construtor

Bases históricas

Período renascentista e barrocoPeríodo renascentista e barrocoAgenda visual e estrutural distintasAgenda visual e estrutural distintasProfunda ruptura entre a visão profissional do arquiteto e Profunda ruptura entre a visão profissional do arquiteto e do engenheirodo engenheiro

Bases históricas

Período modernistaPeríodo modernistaAproximação da arquitetura do progresso técnico-científicoAproximação da arquitetura do progresso técnico-científico

Relação entre arquitetos e engenheiros

Arquiteto definidor da forma e engenheiro calculista (Frank Gehry, Zaha Hadid, Daniel Libeskind)

Engenheiro-arquiteto (Felix Candela, Santiago Calatrava, August Perret, Pier Luigi Nervi)

Arquiteto e engenheiro co-autores do projeto (Norman Foster, Antony Hunt, Nicholas Grimshaw, Peter Rice, Richard Rogers)

Fontes:Fontes:Macdonald, Angus. Structure and Architecture.2001 Macdonald, Angus. Structure and Architecture.2001 Revista Architectural Record n. 08/2007Revista Architectural Record n. 08/2007““Engineering the new architecture”Engineering the new architecture”

Escolha do material estrutural

• Madeira, concreto armado, aço ou alvenaria estrutural?– Fatores técnicos– Fatores financeiros– Fatores estéticos e funcionais

• A madeira não é um material muito utilizado em edifícios de múltiplos pavimentos.

• A alvenaria estrutural impõe limitações à espacialidade projetual que às vezes são indesejáveis.

orConcreto armado

• Vantagens– Menor custo inicial– Facilidade de moldagem– Facilidade de execução e obtenção de mão de obra– Manutenção

• Desvantagens– Alto peso próprio– Dificuldades para reformas ou demolições– Baixo isolamento térmico em coberturas– Menor velocidade de execução

Aço

• Vantagens– Precisão construtiva– Menor peso e economia em fundações– Maior flexibilidade e funcionalidade– Reciclabilidade– Menor prazo de execução e antecipação do ganho– Racionalização de materiais e mão de obra

• Desvantagens– Maior custo inicial– Perda de resistência quando exposto ao fogo– Manutenção

Cultura do concreto x cultura do aço

Sistemas estruturais para pisos• Sistemas mais utilizados:• Laje-viga-pilar (concreto ou aço)• Laje-pilar (concreto)

• Contraventamento (aço):

Sistemas construtivos em concreto

• Lajes maciças• Lajes pré-moldadas comuns e

treliçadas

Sistemas construtivos em concreto

• Lajes nervuradas (um ou duas direções)• Lajes protendidas• Grelhas

Sistemas construtivos em aço

• Lajes steel deck (mistas)• Pisos Wall• Pisos steel framing• Placas pré-moldadas Steel deckSteel deck

Sistemas construtivos em aço

• Tipos de viga• Alma cheia• Casteladas e Vierendeel• Treliçadas

• Lajes em concreto armado• Maciças – 0 a 6 m• Pré-moldadas comuns – 0 a 6m• Pré-moldadas treliçadas – 4 a 7m• Nervuradas – 6 a 10 m• Protendidas – 8 a 15 m• Grelhas – 12 a 20m

• Pisos em aço• Steel deck – 4 a 12 m• Vigas de alma cheia – 3 a 12 m • Vigas casteladas e Vierendeel – 6 a 15 m• Vigas treliçadas – 6 a 20 m

Vãos recomendados

Obs: Do ponto de vista estrutural e Obs: Do ponto de vista estrutural e funcional, as vigas de concreto armado funcional, as vigas de concreto armado podem vencer vãos de até 10 m e as vigas podem vencer vãos de até 10 m e as vigas de concreto protendido podem vencer de concreto protendido podem vencer vãos de 8 a 20m.vãos de 8 a 20m.

• Escolha do vão médio– Padrão da construção – Sistema estrutural adotado– Perfil do cliente– Necessidade funcional

Vãos recomendados

• A escolha da modulação mais adequada é relacionada ao sistema estrutural adotado.

• Tipos de modulação:– Quadrada a~b

– Retangular a>>b

• A modulação poderá seguir uma malha pré-definida ou seguir a forma adotada

Modulação

• Modulação retangular: arco x viga

Modulação

Complexo Olímpico de Atenas ‘Ágora’ Complexo Olímpico de Atenas ‘Ágora’ (Santiago Calatrava)(Santiago Calatrava)

• Modulação quadrada: laje nervurada

Modulação

Hall of Harbour (Pier Luigi Nervi)Hall of Harbour (Pier Luigi Nervi)

Modulação

• Balanços Ótimos

Biblioteca Nacional (Oscar Niemeyer)Biblioteca Nacional (Oscar Niemeyer)

Edifícios Super Quadra , Brasília - DFEdifícios Super Quadra , Brasília - DF

OBS: Aconselha-se não utiliar balanços maiores OBS: Aconselha-se não utiliar balanços maiores do que a metade do vão adjacente em edifíciosdo que a metade do vão adjacente em edifícios

Modulação

• Modulação quadrada: área 600 m2, vão<6m

Modulação

• Modulação quadrada

Museu de Artes Visuais de São Museu de Artes Visuais de São Paulo (Affonso Reidy)Paulo (Affonso Reidy)

Modulação

Modulação

Casa Grelha – Serra de Mantiqueira – SPCasa Grelha – Serra de Mantiqueira – SP(Forte, Gimenes e Marcondes Ferras (Forte, Gimenes e Marcondes Ferras Arq)Arq)Módulos de 5.5x5.5 mMódulos de 5.5x5.5 mVãos de 5.5m para cobertura e 11x5.5 m Vãos de 5.5m para cobertura e 11x5.5 m para o pisopara o piso

Modulação

Modulação

Conj. Residencial Pedregulho – RJConj. Residencial Pedregulho – RJAffonso ReidyAffonso ReidyModulação quadradaModulação quadradaBalanços ótimosBalanços ótimosJuntas de dilatação (l<30 m)Juntas de dilatação (l<30 m)

Alinhamento e orientação

Casa do Baile – Belo Horizonte – MGCasa do Baile – Belo Horizonte – MG(Oscar Niemeyer)(Oscar Niemeyer)

Planta retangularPlanta retangular

Planta Planta quadradaquadrada

Pilares alinhados – Pilares alinhados – sistema com ou sem sistema com ou sem vigasvigas

Pilares não-alinhados Pilares não-alinhados – sistema sem vigas– sistema sem vigas

Alinhamento e orientação

Willis Faber & Dumas Headquarters, Ipswich, RU Willis Faber & Dumas Headquarters, Ipswich, RU (Norman Foster)(Norman Foster)Laje cogumelo nervurada protendida (vãos 14 m)Laje cogumelo nervurada protendida (vãos 14 m)

Uniformização• As dimensões dos elementos estruturais com mesmo

tipo de esforço devem ser uniformes dentro de parâmetros aceitáveis.

• Benefícios:– Economia de fôrmas – Rapidez na execução– Facilidade na aquisição de perfis

• Escadas• Rampas• Elevadores• Prumadas de pilares• Prumadas de instalações e shafts• Reservatório superior

Obs: Geralmente são necessários apoios adicionais na região da casa de máquinas e reservatório superior. Não é necessário ter-se pilares adicionais na escada e fôsso do elevador exceto se estes têm direta conexão com a casa de máquinas e/ou reservatório superior.

Sistemas verticais

Sistemas verticais• Estacionamento de veículos no pilotis

– As vagas para veículos podem ter 2.5x5.0 m desde que se tenha no mínimo 5m para manobras (Neufert)

– A PMJP aceita vagas de até 2.3x5.1 m mas estas só deverão ser utilizadas se o espaço para manobras for de no mínimo 6m (Neufert)

– Portanto modulações de múltiplos de 2.5 mais a largura dos pilares são mais adequadas para o estacionamento de veículos.

– Exemplos: 7.8 m para três veículos com largura do pilar de 30 cm e 10.4 m para quatro veículos com largura do pilar de 40cm.

– Não esquecer que os pilares não devem ser transladados nos outros pavimentos.

Aon Center, Los AngelesAon Center, Los Angeles

• A exposição direta ou indireta às intempéries têm sido uma das principais causas de patologias em estruturas de aço, concreto armado, madeira ou alvenaria estrutural.

• A concepção estrutural e o tratamento dado às estruturas pode ser muito diferente dependendo do seu grau de exposição às intempéries.

• O uso de beirais generosos, evitar estruturas enterradas, evitar estruturas expostas, evitar empoçamento de água, etc. são medidas aconselháveis na concepção estrutural, embora não obrigatórias.

Proteção de estruturas