Manual de Construção Galpoes em Aço

Manual de Construção Galpoes em Aço

(Parte 1 de 4)

Série “Manual de Construção em Aço”

• Galpões para Usos Gerais • Ligações em Estruturas Metálicas

• Edifícios de Pequeno Porte Estruturados em Aço

• Alvenarias

• Painéis de Vedação

• Resistência ao Fogo das Estruturas de Aço

• Steel Framing: Arquitetura

• Interfaces Aço-Concreto

• Steel Framing: Engenharia

• Pontes e viadutos em vigas mistas

Dimensionamento de Perfis Formados a Frio conforme NBR 14762 e NBR 6355 (CD)
Projeto e Durabilidade

• Estruturas Mistas Vol. 1 e 2

• Prevenção contra Incêndio no Projeto de Arquitetura

ZACARIAS M. CHAMBERLAIN PRAVIA(Rev.) GILNEI ARTUR DREHMER ENIO MESACASA JÚNIOR

4ª. Edição revisada e atualizada

© 2010 INSTITUTO AÇO BRASIL / CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO

Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida por quaisquer meio, sem a prévia autorização desta Entidade.

Ficha catalográfica preparada pelo Centro de Informações do IABr/CBCA

1ª.Edição , 1987 2ª.Edição, Julho 2001 3ª.Edição, Outubro 2004 4ª.Edição, 2010

Instituto Aço Brasil / Centro Brasileiro da Construção em Aço

Av. Rio Branco, 181 / 28o Andar 20040-007 - Rio de Janeiro - RJ e-mail: cbca@acobrasil.org.br site: w.cbca-iabr.org.br

I59g Instituto Aço Brasil

Galpões para usos gerais /Instituto Aço Brasil, Zacarias M.Chamberlain Pravia (revs.), Gilnei Artur Drehmer e Enio Mesacasa Júnior. - Rio de Janeiro: IABr/CBCA, 2010.

74p.; 29 cm. -- ( Série Manual de Construção em Aço)

Bibliografia ISBN 978-85-89819-25-1

1.Galpões em aço 2. Construção em açoI. Chamberlain Pravia, Zacarias M. I. Drehmer, Gilnei

Artur I. Mesacasa Júnior, Enio IV.Títulos (série)

CDU 728.9:691.714

Introdução9
1.1. Partes componentes dos galpões em aço10
1.2. Detalhes construtivos10
1.3 Tipologia de galpões12
1.4 Procedimento para desenvolvimento de projeto14

Capítulo 1

Projeto de galpões17
2.1 Documentos de projeto18
2.1.1 Memorial de cálculo18
2.1.2 Desenhos de projeto18
2.1.3 Desenhos de fabricação18
2.1.4 Desenhos de montagem18
2.1.5 Lista de materiais18
2.2 Galpão a ser projetado19
2.3 Aberturas de lanternim e laterais21
2.4 Calhas e tubos de descida21
2.5 Ações atuantes na estrutura2
2.5.1 Ação permanente2
2.5.2 Ações variáveis2
2.5.3 Ação variável devida ao vento(Fwk)2
2.6 Análise estrutural do pórtico27
2.6.1 Ação permanente (FGi,K)27
2.6.2 Ação acidental (FQi,K)28
2.6.3 Força horizontal equivalente( Força Nocional – Fn)28
2.6.4 Combinações para estados limites últimos28
2.6.5 Análise estrutural29
2.6.5.1Análise de deslocabilidade30
2.6.5.2 Resultados das análises30
2.7 Dimensionamento dos elementos do pórtico3
2.7.1 Considerações gerais3
2.7.2 Solicitações de cálculo3
2.7.3 Pré-dimensionamento da coluna3
2.7.4 Dimensionamento e verificações para a coluna3
2.7.5 Dimensionamento e verificações para as vigas40
2.8 Verificação do deslocamento vertical e lateral43
2.9 Dimensionamento das terças43
2.10 Dimensionamento das vigas de tapamento lateral50
2.12 Dimensionamento de placas de base e chumbadores5
Fluxograma65

Referências Bibliográficas 63 Desenhos de Projeto Básico 71

Em 1987 foi lançado o manual de Galpões Para Usos Gerais, obra referência de consulta e guia para o desenvolvimento de centenas, talvez milhares, de projetos de edifícios industriais para fábricas, armazéns, centros de distribuição e obras similares em estruturas de aço. Esse trabalho foi baseado na ABNT NBR 80:1986,que no ano de 2008 foi totalmente atualizada e modernizada. Um novo Manual de Galpões para Usos Gerais, que apresente o processo de acordo com a ABNT NBR 80 de 2008, está sendo introduzido. Dentre os destaques dessa nova publicação, estão:

- O uso da análise de segunda ordem para determinação da deslocabilidade da estrutura, e os esforços para verificar os elementos;

- Uma única curva para a determinação da capacidade resistente dos perfis sujeitos a compressão.

Em razão destas e de muitas outras novidades, foi necessário renovar ou reescrever totalmente este manual para galpões, tudo conforme as prescrições da ABNT NBR 80:2008.

Serão usados aqui perfis laminados e/ou soldados, embora seja de uso comum usar terças de cobertura e tapamento em perfis conformados a frio. O dimensionamento destes tipos de perfis é prescrito na ABNT NBR 14762:2010.

Para o dimensionamento em situação de incêndio, devem-se consultar as normas ABNT NBR 14323 e ABNT NBR 14432, que estabelecem as exigências de resistência ao fogo dos elementos construtivos.

Na análise da estrutura foram usados programas computacionais para avaliar os efeitos de segunda ordem, tal como preconizado pela nova NBR 80.

Como centro dinâmico de serviços, com foco exclusivamente técnico e capacitado para conduzir uma política de promoção do uso do aço na construção, o CBCA está seguro de que este manual enquadra-se no objetivo de contribuir para a difusão de competência técnica e empresarial no País.

Apresentação

Capítulo 1 Introdução

Introdução

Os galpões ou edifícios industriais são construções em aço geralmente de um único pavimento, constituídos de sistemas estruturais compostos por pórticos regularmente espaçados, com cobertura superior apoiada em sistemas de terças e vigas ou tesouras e treliças, com grandes áreas cobertas e destinadas para uso comercial (lojas, estacionamentos, centros de distribuição, entre outros), uso industrial, agrícola ou outras aplicações. Neste capítulo são apresentados detalhes e alternativas para desenvolver este tipo de projeto e, ao mesmo tempo, a terminologia usada neles. Por último, é apresentado um roteiro básico para o desenvolvimento deste tipo de edificação.

1.1 Partes Componentes dos Galpões de Aço

A seguir são mostradas as partes principais dos tipos mais comuns de galpões em aço, com um único vão transversal, cobertura a duas águas.

Figura 1 – Partes componentes de um galpão com colunas em perfis I e tesouras

Na Figura 1 observa-se uma edificação a duas águas com as colunas em perfis I e usando uma tesoura como estrutura de cobertura; o travamento lateral é do tipo K.

Na Figura 2 a estrutura da cobertura é também formada por perfis I; neste caso, o travamento lateral é em X.

Figura 2 – Galpão com colunas e vigas em perfis I 1.2 Detalhes Construtivos

Alguns detalhes construtivos são expostos nas figuras a seguir. Na Figura 3 vê-se uma tesoura formada por perfil T no banzo superior e cantoneiras unidas pelas abas, com o uso de chapas intermediárias (chapas gussets).

Figura 3 – Detalhe de treliça

Na Figura 4 observa-se o apoio da terça e a chegada dos elementos compostos de dupla cantoneira unidos por chapas.

Figura 4 – Detalhe da treliça da Figura 3

Figura 5 – Detalhe de nó inferior de tesoura ou treliça

Na Figura 5 observa-se o detalhe do nó inferior, que tanto pode ser de uma tesoura como de uma treliça. Aqui há duas alternativas para os elementos compostos de dupla cantoneira: ligados através de chapas conectoras pelas abas formando um T e unidos pelo canto da cantoneira. Ambos os tipos de elementos se conectam num nó de chapa Gusset, apoiado num perfil T.

Figura 6 - Detalhe de nó de cumeeira

Na Figura 6 o detalhe é agora de nó onde a cumeeira culmina. Observe-se que sempre são usadas duas terças de cada lado para configurar o telhado ou cobertura de duas águas.

Na Figura 7 tem-se o detalhe da chegada da tesoura ou treliça numa coluna de perfil I. Observem-se o apoio na parte superior da coluna para o banzo superior e a conexão na mesa do perfil I para o banzo superior.

Figura 7 – Detalhe de tesoura sendo apoiada numa coluna de perfil I

Uma alternativa ao nó inferior mostrado na

Figura 5 é apresentada na Figura 8. Observe-se a convergência de todos os membros compostos por cantoneiras numa chapa Gusset.

Figura 8 – Nó inferior de tesoura ou treliça com todos os elementos convergindo na chapa Gusset.

Figura 9 – Composição e detalhe de treliça de cantoneiras duplas com uniões em chapas Gusset.

Introdução

Na Figura 9 mostram-se os detalhes de uma treliça de banzos paralelos com montantes verticais e diagonais, conformando os triângulos, unidos por chapas de conexão e chapas intermediárias.

Figura 10 – Detalhe de conexão de tesoura com alma de perfil I.

Na Figura 10 mostra-se a conexão de uma tesoura na alma de um perfil I, conexões todas parafusadas; os elementos da tesoura são perfis duplos cantoneiras.

Figura 1 – Detalhe de diagonais de contraventamento

Na Figura 1 observam-se diagonais de contraventamento chegando em chapas ligadas ao perfil I.

1.3 Tipologia de Galpões

Ao tratar de edifícios industriais denominados comumente de galpões, na verdade um espaço horizontal a ser protegido, há algumas alternativas à disposição da cobertura. A primeira é mais simples: as coberturas duas águas com o uso de tesouras ou treliças (estas apenas assim denominadas por possuírem banzos paralelos), como se pode ver na Figura 12. Nesta mesma condição se encontram aqueles que apenas usam perfis I laminados ou soldados, como mostrado na Figura 13.

Figura 12 – Edifício industrial duas águas com cobertura de tesoura e colunas em perfil I

Figura 13 – Edifício industrial de duas águas com perfis I laminados ou soldados

Figura 14 – Edifício industrial com duas águas, com viga de ponte rolante, apoiada em coluna com console

Figura 15 – Edifício industrial com coluna treliçada para receber a coluna da cobertura e o apoio da viga de rolamento de ponte rolante

Nos dois casos anteriores apenas era uma edificação para delimitar e cobrir um espaço, talvez com a funcionalidade de armazenar. Quando há necessidade de movimentação de pesos dentro da edificação, nos prédios industriais, aparece a necessidade de pontes rolantes, que são apoiadas em vigas de rolamento. Observem-se duas alternativas nas Figuras 14 e 15, a primeira apenas utilizando um console para apoiar a viga de rolamento, a segunda usando uma coluna treliçada inferior. Outras alternativas são o uso de coluna de seção aumentada para receber a viga de rolamento (vide

Figura 16) ou o uso de colunas independentes ligadas por sistemas de travejamento, como observado na Figura 17.

Figura 16 – Coluna inferior em alma cheia

Figura 17 – Colunas independentes para o pórtico e para a viga de rolamento travadas com diagonais

Outras alternativas para edificações industriais são: galpão geminado com quatro águas (Figura 18), geminado com duas águas e coluna intermediária (Figura 19), geminado com meias-águas no sentido transversal (Figura 20) e as coberturas tipo Shed com vigas mestras

Introdução treliçadas transversais, que além de cobrir, podem ser usadas com objetivos funcionais de iluminação e ventilação (Figura 21 e 2).

Os tipos aqui apresentados foram classificados em vão simples, múltiplos ou geminados e os do tipo Shed, compostos por perfis laminados e soldados. Uma alternativa são as coberturas em arco, como a apresentada na Figura 23.

Figura 18 – Geminado com quatro meias-águas

Figura 19 – Geminado com duas meias-águas

Figura 20 – Geminado com meias-águas no sentido transversal

Figura 21 – Galpão do tipo Shed com vigas mestras treliçadas

Figura 2 – Galpão em Shed com pórticos em perfis I, vigas mestras e secundárias em treliças

Figura 23 – Galpão em arco

1.4 Procedimento para Desenvolvimento de Projeto

Ao desenvolver um projeto, deve-se pensar na qualidade do produto e na sua manutenção ao longo da vida útil. Em primeiro lugar, deve-se definir uma configuração dimensional volumétrica do galpão (altura, largura, compri- mento). Essas medidas são função do tipo de uso que se dará à edificação (armazenamento, fábrica, mercado, oficina, entre outros).

Tendo em mão essas dimensões, é interessante ter a definição das aberturas fixas e móveis (aberturas fixas são aquelas sempre abertas, por exemplo, venezianas; já as aberturas móveis podem estar fechadas ou abertas, como, por exemplo, portas, portões, janelas de correr).

A inclinação do telhado é definida pelo tipo de telha na cobertura, porém a ABNT NBR 80 define para o estado limite de serviço de empoçamento de água em coberturas e pisos a necessidade de evitar acúmulo de água em coberturas com inclinação menor que 5% (Item 1.6 da NBR 80). Recomenda-se consultar o Manual Técnico de Telhas de Aço (ABCEM,2009).

Deve ser realizada uma análise do local da obra para avaliar a topografia e o tamanho dos obstáculos nas redondezas. Esses fatores definirão de maneira mais adequada as ações devidas ao vento.

Os carregamentos sobre a estrutura devem ser analisados. Além dos pesos próprios dos materiais da estrutura, das lâminas da cobertura, luminárias, devem ser consideradas todas as cargas acidentais que atuarão ao longo da vida útil.

Existe uma combinação entre como projetar, calcular, fabricar, transportar e montar uma estrutura de aço, que fornece a solução mais econômica e mais eficiente, porém deve ser estudada integrada a todas essas fases do projeto, desde a concepção até a sua manutenção para atingir a vida útil esperada.

Capítulo 2 Projeto de Galpões

Projeto de galpões

2.1 Documentos de Projeto

Entende-se por projeto o conjunto de especificações, cálculos estruturais, desenhos de projeto, de fabricação e de montagem dos elementos de aço.

2.1.1 Memorial de cálculo

O memorial de cálculo envolve o conjunto de especificações e os cálculos estruturais. Devem constar deste as normas usadas para definição dos carregamentos (ABNT NBR 6120, ABNT NBR 6123, ABNT NBR 80, entre outras), as normas de dimensionamento, os materiais empregados nos elementos e nas uniões (solda e parafusos). Dado relevante é definir que sistema computacional é usado para análise da estrutura e seu dimensionamento. Ainda assim, deve-se registrar com quais premissas o modelo estrutural foi definido e analisado.

2.1.2 Desenhos de projeto

Os desenhos de projeto devem conter todas as dimensões básicas, as denominações dos perfis, os tipos e valores das ações e os croquis das ligações e apoios, as especificações em que o projeto foi baseado.

Um desenho unifilar com esses dados faz parte constituinte do memorial de cálculo, e permite que as fases de detalhamento nos desenhos de fabricação sejam realizadas sem complicações.

2.1.3 Desenhos de fabricação

Os desenhos de fabricação devem conter as informações de desenhos de projeto completas para a produção de todos os elementos componentes da estrutura, incluindo materiais, locação, tipo e dimensão de todos os parafusos e soldas de fábrica e de campo.

2.1.4 Desenhos de montagem

Os desenhos de montagem devem indicar as dimensões principais da estrutura, rotulação das peças, dimensões de barras, todos os detalhes para locação das bases e todas as informações necessárias à montagem da estrutura, além dos requerimentos de manejo e elevação das peças para manter a integridade estrutural delas.

2.1.5 Lista de materiais

Contém as informações necessárias para a definição de estoque, compra, fabricação e montagem dos materiais especificados no projeto. Incluem-se as seguintes listas:

- Lista de resumo de materiais - Lista de telhas para cobertura e tapamentos - Lista de parafusos

No Anexo A da ABNT NBR 80:2008 são especificados os materiais aceitos pela norma para projetos de estruturas de aço.

Aços estruturais

Os aços estruturais mais usados estão listados no Anexo A da ABNT NBR 80, dentre eles: ASTM A36, ASTM A572 G42, ASTM A572 G50, ASTM A588 (Tabela A.2 ABNT NBR 80).

Parafusos

Parafusos comuns – ASTM A307 e seu equivalente ISO 898-1 Classe 4.6

Parafusos de alta resistência – ASTM

A325 ou equivalente IS0 4016 Classe 8.8. Dados destes também são encontrados no Anexo A da ABNT NBR 80.

Eletrodos

Em geral, para este tipo de construções pode-se especificar E70XX, que, de acordo com a Tabela 7 da NBR 80 de compatibilidade do metal-base com o metal solda, devem ser usadas para Arco elétrico com eletrodo revestido. Para outros processos de solda (SAW, GMAW ou FCAW) consultar a tabela supracitada.

Telhas

Existem diversos fabricantes de telhas de aço revestidas. A fabricação é baseada nas normas ABNT NBR 14513 e ABNT NBR 14514. No projeto exemplo deste documento serão usadas telhas trapezoidais. O espaçamento entre terças para telhas trapezoidais pode ser definido consultando os manuais do fabricante para cada tipo de espessura (é comum o uso de espessura de 0,5m). Geralmente, este espaçamento varia de 1300mm até 1800mm, dependendo das forças devidas ao vento e da ação acidental considerada. (Veja-se o Manual Técnico de Telhas de Aço – ABCEM, 2009).

Figura 24 – Telha trapezoidal 2.2 Galpão a ser Projetado

Será projetado, como exemplo ilustrativo, um galpão para armazenamento de materiais com as seguintes características:

• galpão com duas meias águas, inclinação da cobertura 10º;

• pórtico com vigas e colunas em alma cheia, colunas com bases com apoios simples (isto é, restrições na direção vertical e horizontal e permitidas as rotações) nas fundações;

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