Embed Size (px)
Citation preview
MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS
Aula 09: Modelagem de Membranas
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Faculdade de Arquitetura e Urbanismo
Departamento de Estruturas
Maria Betânia de Oliveira
Professora Adjunta
mboufrj.weebly.com
UFRJ.FAU.DE
Configuração inicial de equilíbrio de estruturas tracionadas. Modelagem de membranas, também denominadas tensoestruturas.
Objetivos da Aula
Entendimento do comportamento estrutural de membranas.
Aula 9
MSE 2017.2
• corpo em que uma das dimensões é muito menor do que as outras duas.
Lâmina
• estrutura constituída por uma ou mais lâminas. Folha
• folha curva submetida a esforços no seu folheto médio
Casca
• casca não rígida submetida a esforços de tração nos planos tangentes ao seu folheto médio Membrana
Esforços nas Membranas: TRAÇÃO UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Os cabos e membranas, usualmente denominados tensoestruturas, são
utilizados em coberturas de grandes áreas livres.
Classes de estruturas tracionadas
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
As membranas estruturais são cascas flexíveis que resistem às ações externas devido
à sua forma, às suas características físicas e ao seu pré-tracionamento.
O pré-tracionamento da membrana pode ser alcançado, ou através do seu estiramento
por meio de cabos (estruturas de membrana protendida por cabos), ou através da
atuação da pressão de gases (estruturas pneumáticas).
Estruturas de Membrana
Membranas Protendidas por cabos
Estruturas Pneumáticas
UFRJ.FAU.DE
Processo de projeto de tensoestruturas
A modelagem das tensoestruturas é caracterizada pela grande interdependência entre o
estado de tensão e a forma das mesmas, pela composição da superfície desejada
através da emenda de pedaços de membrana e pelo fato do cabo ou membrana resistir
apenas a esforços de tração.
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Ten
so C
ubo
UFRJ.FAU.DE
Lin
k
Tenda Negra Tradicional
século XIX povos nômades coberturas facilmente montáveis,
desmontáveis e transportáveis
tecido de pêlo negro de bode
combinação de mastros e cordas ancoradas no chão
cor escura proporcionava sombra
trama aberta permitia o escape do ar quente e ajudava na proteção contra
os intempéries
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Chapiteau
Revolução Industrial
mecanização da produção de tecidos têxteis de algodão, de lã e de linho
a partir de 1800 os circos tornaram-se a principal forma de entretenimento
surgindo “a grande tenda de circo”
a tecnologia de construção foi passada a sucessivas gerações.
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Pavilhão da Alemanha na Exposição de Montreal, 1967
Frei Otto
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Complexo Olímpico de Munique, Alemanha, 1971
Frei Otto
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
This model represents Architect Frei Otto's Munich Olympic stadium from the 1972 Olympics. I constructed this model by using tensioned fishing line and nylon fabric. George Klett ,2014.
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Membrana
Cabo extremo embutido em
bainha situada no contorno
da membrana
Cabo de ancoragem
As forças de membrana são
transferidas para a estrutura
rígida ou para a fundação
Articulação
Detalhe típico dos cabos embutidos em bainhas situadas no contorno da
membrana
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Com Superfícies
Modificadas
Com Superfícies
Geradas entre
Anéis
Com Superfícies
na Forma de
Parabolóides
Hiperbólicos
Estruturas de Membrana
Protendida por Cabos
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Forma básica de estrutura de
membrana
Obtenção de uma Superfície na forma de
Parabolóide Hiperbólico
UFRJ.FAU.DE
Pavilhão de Música de Kassel, Alemanha, 1955
Frei Otto
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Forma Básica de Estrutura de Membrana:
Superfície Gerada entre Anéis
Hajj Terminal, Soudi Arabia
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2 Hajj Terminal, Jeddah, Soudi Arabia, 1980
Horst Berger, David Geiger and Skidmore Owens & Merrill’s (SOM)
Formas modificadas por:
(a) estrutura pontual, (b) estrutura linear em arco e (c) estrutura tridimensional
(a)
(c) (b)
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Aeroporto Internacional de Denver, Colorado, 1993 Projeto Arquitetônico de Fentress Bradburn Architects
Concepção Estrutural de Horst Berger Associates e Severud Associates
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Chene Park Amphitheater, Detroit, 1990
Projeto Arquitetônico: Schervish, Vogel, Mertz
Arquitetura Têxtil: Kent Hubbell Architects
Construção: Birdair
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
The M&G Research Laboratory in Venafro, Italy, 1991
Samyn and Partners architect and engineer
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Pátio de Mesquita em Madinah (MARROQUIN, 2012)
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2 The Tuwaiq Palace, Saudi Arabia Frei Otto with Buro Happold
Modelagem de Membranas MSE 2017.2 Hotel em Taipei, Taiwan
UFRJ.FAU.DE
Igreja Batista Central, Fortaleza
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Pavilhões da Marina da Glória, Rio de Janeiro
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Cobertura na PUC-Rio, Gávea, Rio de Janeiro
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Cobertura do Estádio do Maracanã, Rio de Janeiro (Foto de divulgação do governo do Estado do Rio de Janeiro).
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Cobertura na Entrada do Maracanãzinho, Rio de Janeiro
CRESPO & OLIVEIRA(2013)
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
(Air inflated) (Air supported)
Estruturas pneumáticas empregadas em coberturas
As estruturas pneumáticas possuem um ou mais compartimentos pressurizados, os
quais podem fazer parte ou não do espaço útil da construção.
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Ventilador Axial
Ventilador Radial
Ventilador Tangencial
Equipamentos Empregados na Estabilização de Estruturas Pneumáticas
corrente de ar circula na direção do eixo do equipamento,
possibilitando o arranjo de sistemas em série
corrente de ar é tomada na direção do eixo do
equipamento, porém, é soprada na direção de
um ângulo reto da entrada
o eixo com hastes atua como um impulsor que gira dentro
de um cilindro. O ar entra e sai tangencialmente à área deste
cilindro. É empregado em pequenas estruturas, onde há
exigência de barulho reduzido. São convenientes na
produção de pressões negativas
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Tubo Sanfonado
Tubo de Membrana com Conexão
Reforçada
Tubo Rígido
Conexão entre o Sistema de Pressurização e a Estrutura Pneumática
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Membranas
Suportadas pelo Ar
Estruturas Pneumáticas
Membranas
Infláveis
De Superfície Tubulares Elevadas Erguidas a partir
do Nível do Piso
a ser Coberto
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Architect: Yutaka Murata
Engineer: Mamoru Kawaguchi
Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970
UFRJ.FAU.DE
MSE 2017.2
Cobertura da Arena Romana de Nîmes, França
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Membrana Superior Membrana Inferior
Pressão Interna
Cobertura da Arena Romana de Nîmes, França
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Membranas
Suportadas pelo Ar
Elevadas Erguidas a partir
do Nível do Piso
a ser Coberto
Tipos de Estruturas de Membrana Suportada pelo Ar
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Sistema típico de acesso à cobertura pneumática do tipo air supported ("eclusa de ar")
e do elemento de transição entre este e o interior da estrutura (ASCE 17-96)
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Porta Giratória para Saída e Entrada de Pessoas
Eclusa de Ar para circulação de veículos com
portas nas duas extremidades, as quais devem
ser abertas e fechadas, alternativamente
Esquema do funcionamento do sistema de acesso à cobertura pneumática
do tipo air supported
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Esquema típico de membrana suportada pelo ar elevada (ASCE 17-96)
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Host Berger, David Geiger, Walter Bird
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/int-10.jpg
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/0489-21.jpg
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/o-infin.html
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Estádio de Vancouver, Canadá, 1983
Stantec Architecture
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Minnesota Metrodome, 1982
Architects: Skidmore, Owings & Merrill / Setter, Leach & Lindstrom, Inc.
Structural engineer: Geiger Berger Associates
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Esquema típico de membrana suportada pelo ar erguida a partir do nível
do piso a ser coberto (ASCE 17-96).
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Detalhe típico da ancoragem da membrana no contorno da estrutura de
membrana suportada pelo ar erguida a partir do nível do piso ser coberto
(ASCE 17-96)
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Ilustração da Patente de Lanchester, 1917
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Primeira cobertura pneumática, 1946
Radome , cobertura de radar em clima ártico
Walter Bird
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Le Radôme, França, 1962 Centre National d'Etudes Telephoniques - Museum
Walter Bird
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Armazéns industriais no Brasil
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
ESTRUTURAS DE MEMBRANA CONTEMPORÂNEAS
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Cobertura Suspensa de Colônia Alemanha, 1957 Frei Otto
PAES, M.F.; CRESPO, B.H.A. Arquitetura, estruturas e arte de Frei Otto. In: XXXIV
Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ,
2012. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/
UFRJ.FAU.DE
CRESPO, B.H.A. Tensoestruturas: comportamento estrutural e
possibilidades projetuais. In: XXXV Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica,
Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ, 2013. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/
Concepção de cobertura modular no Largo do
Machado, Rio de Janeiro
Beatriz Hüther Albernaz Crespo Bolsista PIBIC/UFRJ
A cobertura tem o objetivo de proporcionar ambientes de sombra e proteção contra a
chuva numa praça de convívio e lazer para todas as idades em todos os momentos do dia.
UFRJ.FAU.DE
CRESPO, B.H.A. Tensoestruturas: comportamento estrutural e
possibilidades projetuais. In: XXXV Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica,
Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ, 2013. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/
Concepção da cobertura de uma escola de mergulho onde as aulas
teóricas e as aulas práticas são num ambiente sobre o mar com
acesso na praia de Ipanema.
Igreja de Papelão, Kobe, Japão
Shigeru Ban
Modelo MSE 2014.2
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
forças que os cabos/membrana fazem na estrutura de suporte
Igreja de Papelão, Kobe, Japão
Shigeru Ban
UFRJ.FAU.DE
Igreja de Papelão, Kobe, Japão
Shigeru Ban
forças que os cabos fazem na
chapa elíptica superior/externa
chapa elíptica superior/externa
compressão
forças diametrais
tração no disco interno
compressão longitudinal
forças que os cabos/membrana
fazem na barra interna
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Texto 9.2 OLIVEIRA, M. B.; BARBATO, R. L. A. Estudo das estruturas de membrana: uma abordagem integrada do sistema construtivo, do processo de projetar e dos métodos de análise. Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 7, n. 22, p. 107-122, 2005.
UFRJ.FAU.DE
Leitura Texto 9.1 REBELLO, Y.C.P. A Concepção Estrutural e a Arquitetura. São Paulo: Zigurate Editora, 2001. p.117-136.
Texto 9.3 OLIVEIRA, M. B.; BARBATO, R.L.A. A Tecnologia das estruturas de membrana. Téchne, n.68, nov, 2002.
9. 1 Confeccionar e analisar um modelo de membrana esticada e ancorada em um cubo com 17cm de aresta. Mais informações no link
Exercício
Modelagem de Membranas MSE 2017.2
Tenso Cubo
Explicar o comportamento estrutural através da análise de modelos físicos dos seguintes casos. 9.1 Tensoestrutura projetada por Frei Otto 9.2 Modelo de membrana esticada ancorada em uma estrutura tensegridy 9.3 Estrutura inflada do Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka 9.4 Membrana suportada pelo ar do Pavilhão dos Estados Unidos na Exposição de
Osaka
UFRJ.FAU.DE
MSE 2017.2
Trabalhos
