principios de arquitetura em aço

principios de arquitetura em aço

(Parte 3 de 3)

Brises

39 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.3 - Projeto Estrutural

3.3.1 - Tipologia estrutural

Elementos estruturais

Como a geometria, a estrutura parte de alguns elementos básicos, cuja combinação ordenada gera sistemas.

Sua analogia é tal, que usamos os elementos geométricos na representação gráfica dos equivalentes estruturais:

•Nó (ponto)

Início ou intersecção de barras, fixação de cargas, vínculo. Local onde os esforços provenientes de um elemento do sistema são transmitidos a outro, liberando ou não parte dos deslocamentos. Podem ser um pino, o nó de um pórtico, o encontro de barras de uma treliça, uma placa de apoio, uma chapa de ligação, etc.

A eles cabe organizar o fluxo das tensões no caminhamento das cargas através do sistema. Dimensioná-los é escolher uma forma eficaz de levar estas tensões de uma barra a outra.

40 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Barras (linha)

Elemento cujo comprimento é muito maior que as duas outras dimensões (seção).

Sua função é levar as cargas que recebe de um nó a outro. Dimensioná-las é escolher a seção mais adequada ao tipo de esforço que carrega, o material e as dimensões para suportá-la dentro dos limites possíveis de deformação.

Sua capacidade é tanto maior quanto menores suas condições de perda de estabilidade.

Eixo vertical Y

Eixo transversal

Seção da barra Aba superior

Alma Aba inferior xd h y t t

Eixo longitudinal

41 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Lâminas (planos)

Elementos com duas dimensões muito maiores que a terceira (espessura). Sua função é receber as cargas, levando-as às barras, ou diretamente aos apoios. São lajes, placas, cascas, paredes, membranas. Sua nomenclatura muda em função da maneira que se comportam nas situações de trabalho.

Lajes são lâminas com forma fixa, de razoável espessura. Podem ser executadas horizontalmente. Suportam cargas perpendiculares ao seu plano trabalhando a flexão.

Cascas são lâminas com forma fixa, com pouca espessura, tem sua rigidez associada a curvaturas. Trabalham a flexão e tensões de tração e compressão em seu plano.

Membranas são lâminas sem forma fixa, com muito pouca espessura, adquire a forma do carregamento que a solicita. Trabalham sob tensões de tração.

Casca

Abóbada

Membrana

42 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

3.3.2 - Sistemas estruturais

A associação de elementos estruturais compõe um sistema que geralmente define o aspecto espacial do edifício como um todo. Estes sistemas podem ser categorizados como:

Sistema de quadros

É um sistema formado por barras capazes de criar um esqueleto resistente às cargas pontuais ou lineares, permitindo incorporação de grandes vãos ou aberturas no tapamento.

Estes quadros são montados paralelamente e espaçados conforme a necessidade do projeto. Espaçamentos regulares padronizam a fabricação e simplificam a montagem, resultando em redução de custos. O sistema de quadros tem grande resistência em seu plano de trabalho, mas depende da condição de estabilidade fora de seu plano. Esta condição é obtida através de disposição de sistemas perpendiculares a ele, que lhe dêem travamento nos pontos necessários. Ex.: treliças, arcos, pórticos, grelhas, associação de vigas e colunas, escoras e estais.

43 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Pontos de cargaÁrea comprimida

Área tracionada

26º << 64º

Treliças

São peças compostas por barras de pequenas seções, rotuladas umas as outras formando um sistema reticulado. As peças são solicitadas apenas à tração ou compressão desde que os carregamentos sejam aplicados nos nós.

Composição de treliças

Esforços nas treliças

Travamento das terças:

Linhas de corrente

Terças Contraventamento no plano da cobertura

Plano da treliça

Mão francesa para travamento da linha

Sistema de quadros

Esquema geral da estrutura spa am ntot q dr enre uaos

Contraventamento vertical

rígida

Barra

4 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Arcos

São sistemas estruturais que vencem grandes vãos e sofrem compressões simples, gerando esforços horizontais (empuxos) nos apoios que serão tanto maiores quanto menores forem às flechas do arco.

Arcos têm uma relação mínima entre vão e flecha para que se comportem como tais. Caso esta não se cumpra o arco se comporta como uma viga de eixo curvo.

45 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

East London River Crossing

Santiago Calatrava 1990

Vahrhunder Thalle - Vratislavia 1911 - 1913 Max Berg

46 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Exemplos de estruturas em arco Arco como elemento portante do tabuleiro da ponte.

Combinação de arcos numa disposição espacial, transmitindo os esforços horizontais para anéis superiores de compressão e inferiores de tração.

Pórticos

São estruturas formadas por barras que compõem um quadro plano com ações neste mesmo plano. Sua rigidez e estabilidade se concentram nos nós, os tipos de vínculos dos nós de um pórtico alteram seu comportamento e a transmissão de esforços para os apoios.

Carga vertical

Quadro com todos os nós articulados

É necessário o um sistema complementar de travamento (triangulação)

Carga e deformação

Transmissão de momento à fundação

Diagrama de momentos fletores

Não transmite momento para as fundações

Articulação

A estabilidade é garantida pela rigidez do nó

O momento é nulo no ponto de articulação - Ponto ideal para emendas e ligações

Pórtico engastado

Pórtico articulado na base

Pórtico triarticulado

Carga horizontal

47 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Alamillo Bridge

Santiago Calatrava 1987 - 1992

Tirantes Escoras

48 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Escoras & Estais

São estruturas que trabalham somente a esforços axiais de compressão (escoras) ou tração (estais ou tirantes). O equilíbrio dos esforços toma a forma da geometria da estrutura por triangulações.

Exemplos de Estruturas Estaiadas

Depende da rigidez das barras e dos nós d d d

Depende da rigidez das barras Depende da espessura da lâmina

Sistema de planos

São sistemas formados por lâminas, com função de suporte de carga e fechamento simultaneamente.

Suportam em geral cargas uniformemente distribuídas e não aceitam facilmente grandes aberturas. Ex.: lajes, paredes, placas, abóbadas e cúpulas.

Na construção de edifícios, os sistemas de circulação vertical, torres de elevador e escadas, são elementos tubulares, com septos transversais (lajes da escada) ou anéis de travamento (elevadores), que podem ser utilizados como núcleos rígidos absorvendo esforços horizontais e dando estabilidade aos demais elementos da edificação.

A associação de elementos rígidos a outros articulados, permite economia nas ligações e no dimensionamento das barras, que passam a ter função específica de suporte de carga e não de estabilidade.

Com esta mesma função podem ser utilizadas as fachadas, quando a trama de vigas, diagonais e pilares criam uma distribuição tubular periférica.

Edifícios extremamente altos podem controlar as oscilações devido aos esforços de vento, com a utilização de uma massa oscilatória que, funcionando como pêndulo, restaura seu equilíbrio.

Nos exemplos abaixo, a estabilidade da estrutura é garantida pelo tubo periférico da fachada e os pilares internos trabalham apenas para cargas verticais.

49 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

50 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Fachada em malha ortogonal composta por pilares e vigas.

Fachada em grelha diagonal com barras inclinadas e sem pilares formando um tubo treliçado.

51 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Fachada em treliças compostas por diagonais associadas à malha de vigas e pilares.

Fachada formada por vários tubos justapostos compondo um sistema celular.Há a possibilidade de variação de alturas do núcleo das células acompanhando a volumetria da arquitetura.

52 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Fachadas que utilizam treliças no topo nos níveis intermediários, reduzem sensivelmente as deformações sob ação dos esforços de vento em edifícios altos.

Os pilares extremos passam a trabalhar como barras de tração e compressão opostos ao do sistema central, criando uma espécie de compensação que inverte os esforços da treliça.

53 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Sistema de membranas

São sistemas formados por membranas associadas a cabos e elementos rígidos, como escoras ou anéis de compressão.

São extremamente leves, podendo vencer grandes vãos, mas solicitam com grandes esforços de tração seus pontos de ancoragem. Ex.: tenso-estruturas.

Frei Otto

Tenda Olímpica Munique

Icosaedro •12 vértices

•30 arestas

•20 faces

•Raio da esfera que toca todas as faces 0,9342 •Raio da esfera que toca todos os vértices 1.1756 •Raio da esfera que toca o meio de todas as arestas

Vértice

Face

Aresta = 1.236 x 1

54 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

Sistemas tridimensionais

São sistemas em que os nós são vértices e as barras são as arestas de um sólido geométrico.

Nestes sistemas, as barras trabalham sob esforços axiais somente, e aos nós cabe a função de equilibrar estes esforços. Ex.: geodésicas e estruturas espaciais.

3.3.3 - Esforços solicitantes e resistentes Os trabalhos realizados pelas peças estruturais, sob efeito das ações solicitantes (cargas) são:

Axiais

São os esforços ao longo do eixo das barras, podem ser de tração ou compressão. Na tração os esforços são resistidos pela área da seção, dela descontados furos no caso de ligações aparafusadas. Na compressão, além da área da seção, a forma do Perfil é importante, uma vez que também deve ser considerada a esbeltez da barra, pois a ela está vinculado o fenômeno de flambagem, estado crítico a partir do qual a peça perde a capacidade de utilização. Esses são os tipos de esforços que solicitam as barras de uma treliça, tirantes, escoras e pilares.

5 COLETÂNEA DO USO DO AÇO

(Parte 3 de 3)

Comentários