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ALEX BUNESE JUK LEANDRO RUTHES GAROFALO
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA
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ALEX BUNESE JUK LEANDRO RUTHES GAROFALO
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA
Trabalho apresentado à Universidade Federal de Santa Catarina, como requisito para a conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Civil. Orientador: Profº.: Moacir Henrique de Andrade Carqueja
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TERMO DE APROVAÇÃO
ALEX BUNESE JUK LEANDRO RUTHES GAROFALO
TITULO
Monografia aprovada em 27/06/2008, como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil, Centro Tecnológico, Departamento de Engenharia Civil – Universidade Federal de Santa Catarina, pela seguinte banca examinadora:
______________________________________ Moacir Henrique de A. Carqueja, Msc. - Orientador
______________________________________ Raphael Barp Garcia, Msc. - Membro
______________________________________ Ivo José Padaratz, Dr. - Membro
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Este trabalho é integralmente dedicado aos nossos familiares, professores e amigos, que direta e indiretamente contribuíram para nossa formação acadêmica. http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
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AGRADECIMENTOS
Agradeço a meus pais e avós, pela educação e exemplo de vida. Aos professores pelas horas de aprendizagem e aos amigos pelas horas de lazer. A Regiane Sbroglia pelos incentivos e paciência. Agradecimento especial ao amigo Alex e ao Professor Moacir pela possibilidade de realização deste trabalho. Leandro Ruthes Garofalo
Agradeço ao grande Leandro pela luta e aprendizado que tivemos ao longo desse curso de graduação e em especial neste trabalho. Ao meu pai, mãe e irmã que estiveram juntos comigo em todas as fases da vida. Aos professores e amigos, meu muito obrigado. Agradeço especialmente ao professor Carqueja, que me ensinou o que é engenharia e deu rumo ao meu curso. Alex Bunese Juk
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RESUMO
Neste trabalho são apresentados os procedimentos relacionados ao dimensionamento de estrutura metálica de um galpão com fins comerciais. A estrutura foi dimensionada de forma a suportar as solicitações de utilização, garantindo, durante sua vida útil, plenas condições de uso e integridade. Integram este trabalho pranchas de projeto, memórias de cálculo e considerações teóricas e práticas. Palavras-chave: Ventos. Estrutura metálica. Dimensionamento estrutural.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Modelagem 3D....................................................................................................................................... 14 Figura 2: Mapa de isopletas ................................................................................................................................... 26 Figura 3: Pressão do vento perpendicular à cumeeira: vista superior .................................................................... 28 Figura 4: Pressão do vento perpendicular à cumeeira: vista frontal ...................................................................... 29 Figura 5: Considerações: vista frontal ................................................................................................................... 29 Figura 6: Considerações: vista superior................................................................................................................. 30 Figura 7: Pressões nas paredes de fechamento ...................................................................................................... 31 Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura
8: à cumeeira ................................................................................................... 34 9: Pressões Pressões do do vento vento paralelo na cobertura .............................................................................................................. 34 10: Bulbo de sucção ................................................................................................................................... 35 11: Hipótese: peso próprio + sobrecarga .................................................................................................... 42 12: Diagrama de esforços cortantes (kN) ................................................................................................... 43 13: Diagrama de esforços normais (kN) .................................................................................................... 43 14: Diagrama de momento fletor (kN.m) ................................................................................................... 44 15: Deformada ........................................................................................................................................... 44 16: Hipótese: peso próprio + vento frontal................................................................................................. 45 17: Diagrama de esforços normais (kN) .................................................................................................... 45
Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura Figura
18: Diagrama de esforços cortantes (kN) ................................................................................................... 46 19: Diagrama de momento fletor (kNm) .................................................................................................... 46 20: Deformada ........................................................................................................................................... 47 21: Diagrama de numeração dos nós.......................................................................................................... 47 22: Numeração das peças ........................................................................................................................... 77 23: Viga 2 ................................................................................................................................................... 82 24: Diagrama de momento fletor da viga 2 ................................................................................................ 82 25: Diagrama de esforço normal da viga 2................................................................................................. 83 26: Diagrama de esforço cortante da viga 2 ............................................................................................... 84 27: Viga 3 ................................................................................................................................................... 88
Figura 28: Diagrama de momento fletor da viga 3 ................................................................................................ 89 Figura 29: Diagrama de esforço cortante da viga 3 ............................................................................................... 89 Figura 30: Viga 5 ................................................................................................................................................... 94 Figura 31: Diagrama de momento fletor da viga 5. ............................................................................................... 95 Figura 32: Diagrama de esforço normal da viga 5................................................................................................. 96 Figura 33: Diagrama de esforço cortante da viga 5 ............................................................................................... 97 Figura 34: Escada em perfil ................................................................................................................................. 100 Figura 35: Numeração das peças ......................................................................................................................... 106
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Esforços Normais (kN) .......................................................................................................................... 48 Tabela 2: Esforços Cortantes (kN) ........................................................................................................................ 48 Tabela 3: Momentos fletores (kN.m) .................................................................................................................... 49 Tabela 4: Esforços Normais (kN), Cortantes (kN) e Momentos (kN.m) ............................................................... 49 Tabela Tabela 5: 6: Dimensões Dimensões nominais nominais mínimas máximas de de soldagem soldagem........................................................................................ ....................................................................................... 147 147 Tabela 7: Ligações de vigas de duas cantoneiras de extremidades soldadas ....................................................... 148 Tabela 8: valores dos esforços na base do pilar (cargas em kN e kN.m)............................................................ 158 Tabela 9: Limites do aço SAE 1020 .................................................................................................................... 159
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SUMÁRIO
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INTRODUÇÃO ................................................................................................... 12 OBJETIVOS....................................................................................................... 13 2.1 gerais .......................................................................................................... 13 2.2 ESPECÍFICOS ............................................................................................ 13 3 GENERALIDADES ............................................................................................ 14 3.1 DADOS DO PROJETO ............................................................................... 14 3.2 CARACTERÍSTICAS DO GALPÃO ............................................................ 14 3.3 AÇO ............................................................................................................ 16 3.3.1 Escolha do Aço .................................................................................. 16 3.3.2 Perfis utilizados ................................................................................. 17 3.4 Estrutura ..................................................................................................... 17 3.5 Ligações...................................................................................................... 18 3.6 Juntas de dilatação ..................................................................................... 20 3.7 LAJES ......................................................................................................... 20 3.8 FUNDAÇÕES ............................................................................................. 21 3.9 AÇÕES ....................................................................................................... 21 3.9.1 Cargas permanentes ......................................................................... 22 3.9.2 Cargas variáveis ................................................................................ 22 3.9.2.1 Carga de vento ............................................................................. 22 3.9.2.2 Sobrecarga ................................................................................... 23 4 CARREGAMENTO APLICADO Á ESTRUTURA.............................................. 24 4.1 Valores das cargas gravitacionais .............................................................. 25 CARREGAMENTO DEVIDO ÀS AÇÕES DE VENTO ................................ 25 4.24.2.1 Velocidade básica do vento .............................................................. 26 4.2.2 Fator topográfico ............................................................................... 26 4.2.3 Fator de rugosidade .......................................................................... 27 4.2.4 Fator estatístico ................................................................................. 27 4.2.5 Pressões devidas ao vento perpendicular à cumeeira................... 28 4.2.5.1 Pressões na cobertura.................................................................. 29 4.2.5.1.1 Pressão na água de barlavento................................................. 30 Pressões 4.2.5.1.2 Pressãonas na água de sotavento .................................................. 4.2.5.2 paredes de fechamento ......................................... 31 4.2.5.2.1 Pressão na parede “A”............................................................... 32 4.2.5.2.2 Pressão na parede “B”............................................................... 32 4.2.5.2.3 Pressões nas paredes paralelas à ação do vento ..................... 33 4.2.6 Pressões devidas ao vento paralelo á cumeeira............................. 33 4261 Pressões na cobertura 34
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5.2.1 Cálculo das envoltórias para vigas de cobertura .......................... 40 5.2.2 Cálculo das envoltórias para vigas principais ................................ 41 5.2.3 Cálculo das envoltórias para vigas em balanço ............................. 41 6 DIMENSIONAMENTO ....................................................................................... 50 6.1 DIMENSIONAMENTO DAS TERÇAS DA COBERTURA ........................... 50 6.1.1 Carregamentos................................................................................... 50 6.1.1.1 Peso próprio ................................................................................. 50 6.1.1.2 Sobrecarga ................................................................................... 51 6.1.1.3 Vento ............................................................................................ 51 6.1.2 Decomposição dos esforços segundo os eixos “X” e “Y” ............ 52 6.1.2.1 próprio................................................................................... ................................................................................. 52 6.1.2.2 Peso Sobrecarga 52 6.1.3 Combinações de carga...................................................................... 52 6.1.3.1 Hipótese de peso próprio + sobrecarga ........................................ 52 6.1.3.2 Hipótese de peso próprio + vento ................................................. 52 6.1.4 Dimensionamento .............................................................................. 53 6.1.5 Flambagem local ................................................................................ 53 6.1.6 Verificação para hipótese de peso próprio + sobrecarga .............. 54
6.1.7 Verificação para hipótese de peso próprio + vento ........................ 55 6.1.8 da flecha ......................................................................... 6.2 DIMENSIONAMENTO DOS PILARES........................................................ 56 6.2.1 Carregamentos................................................................................... 56 6.2.2 Dimensionamento .............................................................................. 57 6.2.3 Verificação da flecha ......................................................................... 60 6.3 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS PRINCIPAIS ....................................... 61 6.3.1 Carregamentos................................................................................... 61 6.3.2 Dimensionamento .............................................................................. 61 6.3.3 Verificação da flecha ......................................................................... 63 6.4 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS EM BALANÇO ................................... 64 6.4.1 Carregamentos................................................................................... 64 6.4.2 Dimensionamento .............................................................................. 65 6.5 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS SECUNDÁRIAS ................................. 67 6.5.1 Carregamentos................................................................................... 67 6.5.2 Dimensionamento .............................................................................. 68 6.6 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS DA COBERTURA ............................... 70 6.6.1 Carregamentos................................................................................... 70 6.6.2 Dimensionamento .............................................................................. 70 6.7 DIMENSIONAMENTO DOS TIRANTES DE CONTRAVENTAMENTO ...... 73 6.7.1 Carregamentos................................................................................... 73 6.7.2 Dimensionamento .............................................................................. 74 7 ESCADA METÁLICA EXTERNA ...................................................................... 76 Õ
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7.4 RESULTADOS FINAIS ............................................................................. 104 ESCADA METÁLICA interna.......................................................................... 105 8.1 CONSIDERAÇÕES................................................................................... 105 8.2 CARGAS ................................................................................................... 105 8.3 DIMENSIONAMENTO .............................................................................. 106 8.3.1 Viga 1 ................................................................................................ 107 8.3.2 Viga 2 ................................................................................................ 110 8.3.3 Viga 3 ................................................................................................ 116 8.3.4 Viga 5 ................................................................................................ 121 8.3.5 Tirantes ............................................................................................. 129 8.3.5.1 ....................................................................... 131 129 8.3.6 VigaDimensionamento c ................................................................................................ 8.3.6.1 Carregamentos ........................................................................... 131 8.3.6.2 Dimensionamento ....................................................................... 131 8.3.7 Viga D ................................................................................................ 134 8.3.7.1 Carregamentos ........................................................................... 134 8.3.7.2 Dimensionamento ....................................................................... 135 8.3.8 Viga principal B ................................................................................ 138
8.3.8.1 ........................................................................... 8.3.8.2 Carregamentos Dimensionamento ....................................................................... 138 139 8.3.9 Viga principal C ................................................................................ 140 8.3.9.1 Carregamentos ........................................................................... 140 8.3.9.2 Dimensionamento ....................................................................... 141 8.3.10 Viga secundaria B ............................................................................ 141 8.3.10.1 Carregamentos ........................................................................... 141 8.3.10.2 Dimensionamento ....................................................................... 143 9 LIGAÇÕES ...................................................................................................... 146 9.1 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS PRINCIPAIS E PILARES .............................. 147 9.1.1 Dimensionamento da cantoneira.................................................... 148 9.2 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS SECUNDÁRIAS E PILARES ........................ 149 9.2.1 Dimensionamento da ligação ......................................................... 149 9.2.1.1 Condição da verificação 01 (metal solda) ................................... 150 9.2.1.2 Condição da verificação 02 (metal base).................................... 150 9.3 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS DE COBERTURA E PILARES ...................... 151 9.3.1 Verificação das condições de solda .............................................. 151 9.3.1.1 Condição da verificação 01 (metal solda) ................................... 152 9.3.1.2 Condição da verificação 02 (metal base).................................... 152 9.4 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS EM BALANÇO E PILARES ........................... 152 9.4.1 Verificação das condições de solda .............................................. 153 9.4.1.1 Condição da verificação 01 (metal solda) ................................... 153 9.4.1.2 Condição da verificação 02 (metal base).................................... 154 Õ
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9.6.2.2 Condição da verificação 02 (metal base).................................... 157 10 INTERFACE AÇO-CONCRETO ...................................................................... 158 10.1 DIMENSIONAMENTO .............................................................................. 159 10.1.1 Cisalhamento puro .......................................................................... 160 10.1.2 Placa submetida à compressão...................................................... 160 10.1.3 Placa submetida à compressão e momento.................................. 162 11 CONCLUSÃO .................................................................................................. 165 12 Referências Bibliográfica .............................................................................. 167 apêndices............................................................................................................... 168 apêndice A ............................................................................................................. 169
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INTRODUÇÃO
Este trabalho apresenta a memória de cálculo de dimensionamento da estrutura metálica de um galpão comercial para fins de escritório e lojas, de dois pavimentos, com área de 691,20 m². As peças que formam o galpão são perfis metálicos, sendo estes ligados entre si de modo a formar pórticos. Para garantir a estabilidade global da estrutura foram utilizados contraventamentos entre alguns pórticos e ligações rígidas, criando zonas de rigidez. Os pórticos ainda são unidos por vigas secundárias e lajes pré-moldadas de concreto, completando o conjunto. O galpão em questão se localiza muito próximo ao mar (atmosfera marinha), sendo um meio agressivo ao aço exigindo assim cuidados contra corrosão. No local onde será executado o edifício, existe hoje, um galpão executado em concreto pré-moldado, com paredes de alvenaria. Este projeto estrutural prevê a total retirada do mesmo e a reconstrução de fundações apropriadas ao novo galpão. O processo de dimensionamento está de acordo com as seguintes normas: * NBR-8800/86 – Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios; * NBR-6123/88 – Forcas Devidas ao Vento em Edificações; * NBR-6118/03 – Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento; * NBR 6120/80 – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações;
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OBJETIVOS
2.1 GERAIS
O presente trabalho tem por objetivo contribuir para o aprendizado, fornecendo conhecimento sobre este ramo da engenharia civil. No desenvolver deste trabalho, algumas das técnicas aprendidas ao longo do curso são utilizadas e detalhadas, fazendo com que este trabalho se torne um projeto estrutural metálico preciso, completo e de fácil compreensão. É também, objetivo deste, certificar os conhecimentos adquiridos no decorrer do curso, nas variadas disciplinas que fazem parte do conhecimento do engenheiro civil. 2.2 ESPECÍFICOS - Dimensionar a estrutura de um galpão metálico para fins comerciais; - elaborar pranchas detalhadas o suficiente para a execução; - buscar soluções econômicas e estéticas.
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GENERALIDADES
3.1 DADOS DO PROJETO
- COMPRIMENTO: 32,00m - LARGURA: 10,80m - ÁREA DA PROJEÇÃO: 345,60m²
Figura 1: Modelagem 3D
3.2 CARACTERÍSTICAS DO GALPÃO http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
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A estrutura de sustentação da cobertura é composta de vigas perfil “I”, inclinadas a 18° em relação a horizontal. A altura total do galpão é de 9,70 metros sendo que 1,70 metros são provenientes da inclinação das vigas da cobertura. As paredes de vedação são de alvenaria com blocos de cerâmica e argamassa para reboco. O plano de uso da estrutura prevê salas de escritórios e lojas comerciais de equipamentos náuticos. Entretanto, não se pode descartar a idéia do uso de parte da estrutura como oficina de embarcações, o que se fez pensar na escolha da sobrecarga para o dimensionamento, pois alguns anos após o término da construção, o uso da estrutura poderá sofrer mudanças, sendo que a mesma deverá permanecer íntegra.
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3.3 AÇO
3.3.1 Escolha do Aço
A escolha do aço para estruturas metálicas, é feita em função de aspectos ligados ao ambiente em que as estruturas se localizam e da previsão do comportamento estrutural de suas partes, devido à geometria e aos esforços solicitantes. Se o local da obra for de atmosfera marítima ou de natureza agressiva, e se uma manutenção deficiente for prevista, deve-se escolher aços de alta resistência à corrosão. Para a execução da obra, foi escolhido o aço A 588 que, além de apresentar resistência elevada à corrosão, conforme a NBR-8800/86, apresenta 345 MPa para limite de escoamento e 485 MPa para limite de ruptura. O processo de fabricação deste aço lhe dá uma boa resistência à corrosão, o que é altamente recomendado para garantir a integridade das peças durante a sua vida útil. Um bom aço para a obra deve apresentar as seguintes características : 1. Ter resistência mecânica compatível com a importância da obra, permitindo que se usem peças com dimensões adequadas ao projeto arquitetônico ou tornando possível uma diminuição proporcional da seção, para a redução do peso final da estrutura; 2. Boa resistência à corrosão atmosférica. Este é um fator importante a considerar, porque os perfis metálicos, em geral, são pouco espessos. A utilização de seções mais finas pode significar vida útil mais curta da estrutura, a não ser que a redução da seção seja acompanhada por um
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É importante a observação de que a flecha das peças não é afetada pela resistência do aço, e sim pelo módulo de elasticidade, que de acordo com a NBR8800/86 é igual para todos os aços estruturais estabelecidos nesta norma.
3.3.2 Perfis utilizados
Por serem, em sua maioria, industrializados, os perfis estruturais em aço possuem dimensões definidas. Para estes perfis existem tabelas que informam as características geométricas necessárias para o dimensionamento, o que facilita muito a escolha do perfil mais adequado. De maneira geral pode-se dizer que os perfis de aço utilizados na construção de edifícios de andares múltiplos, são os mesmos empregados na construção de galpões e outras estruturas. Os perfis mais comuns em estruturas metálicas são: - Perfil “H” , muito utilizado para pilares, pois apresenta grande inércia nos dois eixos transversais ao eixo principal da peça; - Perfil “I” , muito utilizado para vigas, pois apresenta grande inércia em um só eixo transversal; - Perfil “U” , utilizado largamente para terças, escadas e acabamentos; -Perfil “L”, utilizado para construção de escadas, tesouras, contraventamentos e detalhes construtivos.
3.4 ESTRUTURA
A escolha do sistema estrutural que sustentará a edificação é de fundamental
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As peças estruturais são classificadas em função do tipo de cargas que nelas atuam, assim, pode-se resumidamente, explicitar o seguinte: - Elementos fletidos ou vigas: são elementos que suportam cargas transversais ao eixo principal; - Elementos comprimidos: elementos que recebem cargas axiais, por exemplo, pilares com ligações flexíveis absorvendo somente esforços axiais; - Elementos flexo-comprimidos: elementos recebendo cargas axiais juntamente com cargas perpendiculares ao eixo principal ou momento fletor, por exemplo, pilares, que suportam os esforços gravitacionais juntamente com os esforços de vento, que são perpendiculares aos seus eixos, gerando momento fletores em suas seções. Neste galpão utiliza-se o sistema de pórtico bidimensional com ligações rotuladas e rígidas, uma vez que o projeto arquitetônico permite o uso de contraventamentos por barras ou cabos, que são os mais econômicos e eficientes para enrijecer a estrutura. O sistema de pórtico com ligações flexíveis é composto por pilares e vigas ligadas nos nós de forma a não transmitir momentos à peça em seqüência. As ligações rígidas transferem momento à peça adjacente. Estas ligações podem ser feitas por solda ou parafusos. Neste trabalho utilizam-se ligações soldadas por apresentarem simplicidade de dimensionamento, detalhamento, ser comumente utilizadas e terem bom funcionamento estrutural.
3.5 LIGAÇÕES
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acidentes. Outro fator importante é o econômico, pois a ligação pode se tornar muito dispendiosa. Os pontos mais comuns a serem unidos em estruturas metálicas são: VIGAVIGA, VIGA-PILAR, PILAR-PILAR e PILAR-FUNDAÇÃO. Estas uniões são realizadas de duas maneiras atualmente: através de soldas ou através de parafusos. As ligações soldadas oferecem as vantagens relacionadas abaixo segundo Bellei (1986): - economia de material, pois o uso da solda permite o aproveitamento total da seção (seção liquida = seção bruta); - não utilizam chapas de ligação tipo gusset , tornando a estrutura mais leve e, consequentemente mais barata; - facilidade de se realizar modificações nos desenhos das peças e corrigir erros durante a montagem a custos menores que as parafusadas; - demanda menor tempo de execução, menor tempo de detalhe e quantidade de peças. A solda especificada neste projeto é a solda do tipo filete, pois é a mais econômica para cargas de menor intensidade, devido a pouca preparação do material. Para se obter uma boa solda deve-se ficar atento a quatro passos: - Um bom projeto de junta, pois se pode chegar a soluções mais simples, eficientes e baratas. Uma solda mal feita pode ocasionar problemas como: trincas, porosidade, empenamento da peça, distorção, etc.; - Estabelecer bons procedimentos de soldagem; - Usar soldadores devidamente qualificados pelas normas; - Empregar pessoas bem treinadas e inspetores competentes. Neste trabalho utiliza-se o eletrodo E70XX com resistência mínima de 48,5 kgf/cm².
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3.6 JUNTAS DE DILATAÇÃO
As juntas de dilatação têm a finalidade de reduzir os efeitos da variação térmica. A distância entre juntas de dilatação é de difícil avaliação e interfere diretamente na vida útil da estrutura. Para estruturas em aço, a AISC-LFRD apresenta como guia o que foi definido no FEDERAL CONSTRUCTION COUNCILS TECNICAL REPORT Nº. 65, EXPANSION JOINTS IN BUILDING ~ para variações acima de 20 graus e edificações em formato retangular, constituídos por pórticos, a distância máxima será de 120 m. Como o galpão em questão mede 32 metros de comprimento, foi descartado o uso de juntas de dilatação.
3.7 LAJES
Neste projeto adota-se o sistema de laje de vigotas pré-fabricada com tavelas de cerâmica, por serem utilizadas em larga escala nas construções, de rápida e barata execução. Neste trabalho foi necessário somente dos dados relacionados às características estruturais da laje, como a carga máxima aplicável, sistema de apoio nas vigas. As lajes não foram calculadas, pois, trata-se de peças pré-fabricadas. Contudo, o peso próprio da laje foi considerado, visto que a estrutura metálica deve suportá-lo. O valor foi obtido em catálogo do fabricante de pré-moldados.
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3.8 FUNDAÇÕES
As fundações têm a função de transmitir as cargas da estrutura para o solo, e são elementos importantes para o bom funcionamento da estrutura. O dimensionamento destas não foi realizado neste trabalho, pois, são peças de concreto, Fugindo do escopo do trabalho. Este projeto prevê a utilização das fundações calculadas em função de dados dos solos os quais não são disponíveis. Supõe-se, entretanto, que as mesmas sejam suficientes para suportar as cargas do edifício a ser executado.
3.9 AÇÕES
A obtenção do projeto mais econômico e eficiente depende da correta obtenção das cargas atuantes na estrutura e principalmente do correto dimensionamento. Para tal estima-se as principais ações e quais destas podem agir em simultaneidade, gerando os maiores esforços na estrutura, formando o que se chama de envoltória de esforços. Busca-se o dimensionamento a fim de fazer com que a estrutura resista a tais carregamentos, garantindo conforto e durabilidade. Uma má determinação das cargas atuantes pode gerar uma estrutura superdimensionada (consequentemente não-econômica) ou levar a estrutura ao colapso quando agem cargas de magnitudes maiores que as consideradas. As ações na estrutura podem ser classificadas em: -Cargas permanentes; -Cargas acidentais; -Cargas de vento;
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3.9.1 Cargas permanentes
Segundo a NBR-8800/86, são consideradas permanentes as seguintes cargas: - Peso próprio dos elementos da estrutura; - Peso de todos os elementos da construção permanentemente suportados pela estrutura, tais como pisos, paredes fixas, coberturas, forros, escadas, revestimentos, acabamentos, etc.; - Peso de instalações, acessórios e equipamentos permanentes, tais como tubulações de água, esgoto, águas pluviais, gás, dutos e cabos elétricos; - Quaisquer outras ações de caráter praticamente permanente ao longo da vida útil da estrutura.
3.9.2 Cargas variáveis
As cargas variáveis são aquelas que não são permanentes durante a utilização da edificação. Na estrutura em estudo, serão consideradas cargas variáveis, a sobrecarga e o vento.
3.9.2.1 Carga de vento
As solicitações na estrutura devido às ações de vento influem consideravelmente em estruturas altas, esbeltas ou leves. As edificações em t t táli ã id d l l ã difí i i il
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Outro fator que influi é a região onde se localiza a edificação, pois quanto menor for o numero de obstáculos para o vento maior será a intensidade de sua força aplicada à estrutura.
3.9.2.2 Sobrecarga
A carga de utilização estimada para a edificação foi considerada de 500 kg/m², tendo em vista o uso final da estrutura, que funcionará como lojas de equipamentos náuticos e provavelmente terão de servir como depósito desses objetos. Um cálculo estimativo para esta carga pode ser dado da seguinte forma: Um motor marítimo (carga mais pesada e comumente encontrada) pode pesar 123 kg em uma caixa de 50 x 75 cm, conforme dados do fabricante Yanmar. Calcula-se então o numero de motores que cabem em 1 m²: 1m ² Amotor
=
1m² 0,5 ⋅ 0,75
=
2,67 motores
Verificando o peso desses motores: 2,67 ⋅ 123 = 328Kg / m² Como neste cálculo não se inclui, por exemplo, peso da caixa, possibilidade de empilhar pequenos objetos sobre a caixa, etc. e principalmente por diferentes pesos para diferentes marcas de motor é prudente colocar um acréscimo nesta carga. Na falta de dados tabelados pela NBR-6120/80, optou-se pelo valor de 500 kg/m² após conversa com pessoas ligadas ao ramo náutico e engenheiros civis, que garantiram ser este um bom valor, que favorece a segurança da estrutura, pois dificilmente será ultrapassado.
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4
CARREGAMENTO APLICADO Á ESTRUTURA
Após a avaliação dos valores das cargas e das ações de vento atuantes na edificação, obtêm-se os carregamentos aplicados aos pórticos, possibilitando o cálculo dos esforços devido a esses carregamentos, nos elementos estruturais. Assim têm-se quatro hipóteses de carga (Peso Próprio, Sobrecarga, Vento Perpendicular à Cumeeira, Vento Paralelo à cumeeira) para a realização das envoltórias que possibilitarão encontrar os maiores esforços que os elementos irão sofrer. As envoltórias são calculadas a partir da fórmula 1.1, recomendada pela NBR8800/86. A norma também fornece os valores dos coeficientes.
Sd =
n
∑ (γ G ) + γ 1Q1 + ∑ (γ ψ Q ) g
q
qj
j
j
(1.1)
j = 2
Onde: G = Q 1=
ações permanentes; ação preponderante para efeito considerado;
Q j=
demais ações variáveis que atuam simultaneamente com a ação principal;
γ g =
coeficiente de majoração das ações permanentes;
γ q1 = γ qj =
coeficiente de majoração da ação variavel preponderante; coeficiente de majoração das demais ações variáveis;
ψ j =
fator de combinação.
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4.1 VALORES DAS CARGAS GRAVITACIONAIS
Os valores das cargas que supostamente a estrutura irá suportar foram obtidos em consulta à NBR-6120/80, catálogos de produtos a serem utilizados e estudo do uso final da estrutura. O estudo para obtenção de cargas, foi auxiliado por observações do projeto arquitetônico, onde foi previsto piso cerâmico, laje pré-moldada, forro de gesso, carga de parede e a sobrecarga que foi estimada prevendo os utensílios que poderão ser armazenados pelos proprietários da obra. Foram considerados os seguintes valores: - Peso próprio da estrutura metálica: 150 kg/m² para vigas principais e pilares, 15 kg/m para as terças e 50 kg/m para as vigas de cobertura; - Peso próprio da laje: a laje solicita a estrutura com 150 kg/m². Este valor foi obtido pelo catálogo de fabricante de pré-moldados. (TATU pré-moldados); - Peso próprio da camada de regularização mais revestimento: resulta no valor de 80 kg/m²; - Peso próprio do forro: o peso arbitrado foi de 50 kg/m², como recomenda a NBR-6120/80; - norma Peso próprio das paredes de fechamento: fazendo a composição dos materiais utilizados na confecção de alvenarias chegou-se ao valor de 1460 kg/m³. A espessura destas paredes é de 15 centímetros e sua altura considerada igual ao valor do pé-direito do pavimento da obra; - Sobrecarga: foi estimado o valor de 500 kg/m², em decorrência do uso previsto para a estrutura.
4.2 CARREGAMENTO DEVIDO ÀS AÇÕES DE VENTO
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4.2.1 Velocidade básica do vento
De acordo com o mapa de isopletas, de autoria do professor Ivo José Padaratz, publicada na NBR6123/88, o vento com velocidade básica na região do projeto é de 43 m/s. Os passos para obtenção da pressão de projeto são prescritos na NBR 6123/88. V = 43 m/s.
Figura 2: Mapa de isopletas Fonte: NBR 6123/88. Autor: Ivo José Padaratz
4 2 2 Fator topográfico
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4.2.3 Fator de rugosidade
Para a determinação deste fator, a rugosidade do terreno foi dividida em cinco categorias e as dimensões da edificação em três classes. O galpão está voltado para o mar, portanto, está desprotegido do vento e suas dimensões implicam no uso do fator S2 = 1,09, pois sua altura é maior que 5 metros, o que caracteriza CATEGORIA I, e seu comprimento igual a 32 metros, sendo então, CLASSE B.
4.2.4 Fator estatístico
Este fator considera o grau de segurança e a vida útil do prédio. Considera-se o fator S3 = 1,0,(GRUPO 3),pois o uso da edificação implica em alto fator de ocupação, visto que o mesmo se destina ao uso diário de atividades comerciais. Com estes coeficientes pode-se calcular a velocidade característica do vento. Cálculo da velocidade característica: Vk = Vo . S1 . S2 . S3 (NBR 6123/88) Vk = 43 . 1,0 . 1,09 . 1,0 Vk = 46,87 m/s Esta será a velocidade característica utilizada no dimensionamento. Pressão Dinâmica Com a velocidade característica do vento, calcula-se a pressão dinâmica: qk = Vk² / 16
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4.2.5 Pressões devidas ao vento perpendicular à cumeeira
O vento é perpendicular à cumeeira quando o ângulo de incidência do vento em relação à cumeeira do telhado é de 90°. As pressões que ocorrem devidas a este vento dependem da velocidade característica do vento (já calculada) e dos coeficientes de pressão e forma da edificação. Os coeficientes de pressão e forma são obtidos através de tabelas fornecidas na NBR-6123/88, e dependem das dimensões da edificação; da sua altura em relação ao solo e da inclinação do telhado.
Figura 3: Pressão do vento perpendicular à cumeeira: vista superior
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Figura 4: Pressão do vento perpendicular à cumeeira: vista frontal
4.2.5.1 Pressões na cobertura
Coeficientes de pressão e forma externos para a edificação; - Altura Relativa = h = b
8,0 10,80
=
0,74 ; 0,5
< 0,74 < 3/2
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- Proporção em planta =
a b
=
32,0 10,80
=
2,96 > 2
Figura 6: Considerações: vista superior
- inclinação do telhado: 18°; - pressão dinâmica do Vento: 1,373 kN/m²; - Coeficiente de Pressão Interna: por se tratar de uma edificação em que as quatro paredes são consideradas igualmente impermeáveis, a NBR-6123/87 recomenda que este coeficiente varie entre -0,3 ou 0,0. Adotamos o valor de -0,3, por ser o de maior influência.
4.2.5.1.1 Pressão na água de barlavento
A pressão exercida pelo vento nesta face é obtida multiplicando-se a pressão dinâmica do vento pelo coeficiente de pressão externa para telhados com duas
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4.2.5.1.2 Pressão na água de sotavento
Adotando-se os mesmos procedimentos de cálculo utilizado na face de barlavento, obtêm-se o seguinte valor de pressão para esta água: -Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = - 0,54 Ps = Ce . q Ps = -0,54 . 1,373 = -0,741 kN/m² (o sinal negativo indica sucção)
4.2.5.2 Pressões nas paredes de fechamento
Os estudos aerodinâmicos consideram que os esforços provenientes do vento variam ao longo da parede no sentido vertical e também no sentido horizontal conforme esquema da figura 6, conforme é publicado em Bellei (1994). Por simplificação e por ser a favor da segurança, considera-se o esforço atuante como sendo o igual ao máximo em todas as partes do edifício.
Figura 7: Pressões nas paredes de fechamento
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Coeficientes de pressão e forma, externos para a edificação:
- Altura Relativa =
h b
=
8,0 10,80
- Proporção em planta =
a
= 0,74
=
b
; 0,5 < 0,74 < 3/2
32,0 10,80
=
2,96 > 2
- inclinação do telhado: 18% - pressão dinâmica do Vento: 1,373 kN/m²
4.2.5.2.1 Pressão na parede “A”
Assim como na cobertura, calcula-se a pressão exercida pelo vento nesta face, multiplicando-se a pressão dinâmica do vento pelo coeficiente de pressão externa para paredes de edificações de plantas retangular (Cpe), obtido na NBR6123/88: - Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = + 0,70 Pa= Ce . q Pa= +0,70 . 1,373 = +0,961kN/m² (o sinal positivo indica pressão)
4.2.5.2.2 Pressão na parede “B” -Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = -0,6
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4.2.5.2.3 Pressões nas paredes paralelas à ação do vento
A atuação do vento perpendicular à cumeeira gera pressões de sucção de igual intensidade nas paredes paralelas à ação do vento. Estas pressões apresentam uma variação na sua intensidade ao longo da estrutura, diminuindo de barlavento à sotavento da estrutura. Para o dimensionamento será utilizada apenas a pressão de maior intensidade, a favor da segurança. -Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = -0,9 Pcd = Ce . q Pcd = -0,9 . 1,373 = -1,236 kN/m²
4.2.6 Pressões devidas ao vento paralelo á cumeeira
O vento é paralelo à cumeeira quando o ângulo de incidência do vento em relação à mesma é de 0°. As pressões geradas pela ação do vento paralelo à cumeeira dependem, assim como no vento perpendicular à cumeeira, da velocidade característica do vento e dos coeficientes de pressão e forma, que são obtidos através de tabelas fornecidas pela NBR-6123/88.
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Figura 8: Pressões do vento paralelo à cumeeira
4.2.6.1 Pressões na cobertura
Figura 9: Pressões do vento na cobertura
Coeficientes de pressão e forma, externos para a edificação;
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- Coeficiente de Pressão Interna: por se tratar de uma edificação em que as quatro paredes são consideradas igualmente permeáveis, a NBR-6123/88 recomenda que este coeficiente varie entre - 0,3 ou 0,0. Adota-se o valor de -0,3, por ser a favor da seguraça. As ações de maiores intensidades, para ventos incidindo paralelamente à cumeeira, ocorrem nas regiões de barlavento. Assim a NBR-6123/88 recomenda que, na incidência desses ventos, a segunda tesoura da cobertura tenha sua área de influência totalmente imersa no bulbo de sucção gerado pela ação do vento (ver figura 9). Sabe-se que o bulbo se estende ate uma distância de 2.h em relação à face de barlavento da edificação, como cita Bellei (1994). 2 . h = 2 . 8 = 16,00 m Como a distância entre pórticos é de 4,00 metros, a zona de influência atua integralmente na zona de abrangência da segunda tesoura, como recomenda a NBR-6123/88.
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4.2.6.1.1 Pressão na região de barlavento
Para o dimensionamento da estrutura do pórtico utilizaram-se as pressões geradas pelo bulbo em toda a extensão do galpão, a favor da segurança. - Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = -0,80 (NBR-6123/88) Pb = Ce . q Pb = -0,80 . 1,373 = -1,10 kN/m² (o sinal negativo indica sucção)
4.2.6.1.2 Pressão na região de sotavento
Adotando-se os mesmo procedimentos de cálculo utilizados na região de barlavento, obtêm-se o seguinte valor de pressão para: -Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = - 0,20 Ps= Ce . q Ps= -0,20 . 1,373 = -0,274 kN/m² (o sinal negativo indica sucção)
4.2.6.2 Pressões nas paredes de fechamento
Dados iniciais: Coeficientes de pressão e forma, externos para a edificação; - Altura Relativa =
h b
=
8,0 10,80
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=
0,74 ; 0,5
< 0,74 < 3/2
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As pressões nas paredes de fechamento devido à ação de ventos paralelos a cumeeira esta representado na figura 7.
4.2.6.2.1 Pressões nas paredes paralelas à ação do vento - região A
A ação do vento incidente paralelo à cumeeira gera pressões de sucção de igual intensidade nas paredes paralelas à ação do vento. Estas pressões apresentam uma variação na sua intensidade ao longo da estrutura, diminuindo de barlavento para sotavento da estrutura. Para o dimensionamento será utilizada apenas a pressão de maior intensidade, a favor da segurança. - Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = -0,90 Pab= Ce . q Pab= -0,90 . 1,373 = -1,236 kN/m² (sinal negativo indica sucção)
4.2.6.2.2 Pressão na parede “C”
-Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = +0,70 Pc= Ce . q Pc= +0,70 . 1,373 = + 0,961kN/m² (o sinal positivo indica pressão)
4.2.6.2.3 Pressão na parede “D”
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ESFORÇOS
Nesta parte do processo de dimensionamento utiliza-se o programa FTOOL, desenvolvido para a obtenção de esforços que atuarão nas barras da estrutura. Os valores das cargas foram obtidos com as envoltórias e seus coeficientes no capítulo anterior.
5.1 MÉTODO DE OBTENÇÃO DOS ESFORÇOS
Como as ações sobre as estruturas podem atuar simultaneamente ou não, devemos usar a equação da envoltória com os coeficientes de ponderação adequados para cada caso conforme prescreve a NBR-8800/86. Buscou-se, assim, os casos nos quais são gerados os maiores esforços na estrutura.
Sd =
n
∑ (γ G ) + γ Q + ∑ (γ ψ Q ) g
q1
1
qj
j
j
(1.1)
j = 2
Os valores dos coeficientes usados para o cálculo dos esforços são explicitados abaixo: γ g = 1,3 ( peso próprio de estrutura metálica) γ q1 = 1,5 (sobrecarga de uso da edificação) γ qj = 1,4 (demais cargas)
= 0,75 ( fator de combinação);
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Aqui não será considerado o esforço devido ao vento, porque ele causaria esforço axial nas vigas, porém, esse esforço é absorvido pela laje, ou seja, a laje oferece resistência. As envoltórias possíveis, atuantes na cobertura, são: - PP - PP + V - PP + SC A sobrecarga mínima na cobertura exigida pela NBR-8800/07, refere-se a uma pessoa realizando manutenção na cobertura. Essa situação é improvável durante a ocorrência do vento de 43m/s.
5.2 CÁLCULO DAS ENVOLTÓRIAS
Os valores dos carregamentos são: - Peso próprio das terças: 15 kgf/m; - Peso próprio das vigas principais: 150 kgf/m; - Peso próprio das vigas da cobertura: 50 kgf/m; - Peso próprio das vigas secundárias: 20kgf/m; - Peso próprio da laje: 150 kgf/m²; - Peso próprio do revestimento: 80 kfg/m²; - Peso próprio do forro: 50 kgf/m²; - Peso próprio de parede: 1460 kgf/m³ . 0,15 m . 4,00 m = 876 kgf/m; - Sobrecarga de cobertura: 25kgf/m²; - Sobrecarga das vigas principais: 500 kgf/m² - Força de vento (maior intensidade na cobertura) = -112,60 kgf/m².
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- Distância entre terças: d = 2,40 metros;
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- Distância entre vigas: d = 4,00 metros; Portanto: - Sobrecarga na cobertura = 25,0 . 2,40 = 60 kgf/m; - Força de vento = -112,60 . 2,40 = 270,24 kgf/m; - Peso da telha = 9,52 . 2,40 = 22,85 kgf/m; - Sobrecarga na viga principal = 500,0 . 4,0 = 2000,0 kgf/m; - Peso do revestimento = 80 . 4,0 = 320,0 kgf/m; - Peso do forro = 50,0 . 4,0 = 200,0 kgf/m; - Peso da laje = 150,0 .4,0 = 600,0 kgf/m Assim o carregamento devido ao peso próprio da viga de cobertura será: q = (22,85 + 15) . 4,0 = 151,40 kgf/m q = (151,40 / 2,40 ) cos 18° = 60,00 kfg/m Deve-se ser acrescido o peso próprio da viga: q = 60,00 + 50,0 =110,00 kgf/m
5.2.1 Cálculo das envoltórias para vigas de cobertura
- 1ª HIPÓTESE :
Peso Próprio
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-2ª HIPÓTESE : Peso Próprio + Sobrecarga
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n
Sd = Sd =
∑ (γ G ) + γ Q + ∑ (γ ψ Q ) g
q1
1
qj
j
j
j = 2
(1,3.110) + 1,4.60,0 =227kgf/m ⇒ 2,27 kN/m
-3ª HIPÓTESE : Peso Próprio + Vento Sd =
n
∑ (γ G ) + γ Q + ∑ (γ ψ Q ) g
q1
1
qj
j
j
j = 2
Sd =
(1,0.110) + 1,4.(−270,24) =-268kgf/m ⇒ -2,68 kN/m
5.2.2 Cálculo das envoltórias para vigas principais
- 1ª HIPÓTESE : Sd =
Peso Próprio n
∑ (γ G ) + γ Q + ∑ (γ ψ Q ) g
q1
1
qj
j
j
j = 2
Sd =
(1,3.150) + [1,4.(320 + 200 + 600 + 876)]
= 2989,4 kgf/m ⇒ 29,90kN/m
-2ª HIPÓTESE : Peso Próprio + Sobrecarga Sd =
Sd=
=5989,4kgf/m
59,90kN/m
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
42
42/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Sd =
Sd=
=4483kgf/m
44,83kN/m
Os dados das hipóteses foram inseridos no programa ftool, de forma a se obter mais facilmente os esforços distribuídos por todo o pórtico, conforme os esquemas na seqüência: - HIPÓTESE : Peso Próprio + Sobrecarga
Figura 11: Hipótese: peso próprio + sobrecarga
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43
43/171
Diagrama de Esforços Cortantes:
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 12: Diagrama de esforços cortantes (kN)
Diagrama de Esforços Normais:
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44
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Diagrama de Momento Fletor:
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 14: Diagrama de momento fletor (kN.m)
Deformada:
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45
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- HIPÓTESE: Peso Próprio + Vento frontal
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Figura 16: Hipótese: peso próprio + vento frontal
Diagrama de Esforços Normais:
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46 46/171
Diagrama de Esforços Cortantes:
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 18: Diagrama de esforços cortantes (kN)
Diagrama de Momento Fletor:
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Deformada
Figura 20: Deformada
A seguir são apresentados, nas tabelas 1 a 4, os esforços máximos obtidos para cada tipo de elemento que compõem a estrutura. Serão com estes valores que se dimensionarão as peças. A estrutura foi numerada como segue abaixo para facilitar obtenção dos esforços:
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Tabela 1: Esforços Normais (kN)
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Envoltória com vento frontal Normal -314,5 -306,7 13,8 -2,4 21,6 13,2 13,3 12,0 11,8 17,3 -2,4 9,5 0 -382,7 -390,5
Envoltória pp e sc Normal -350,8 -343,0 -22,5 9,7 -14,7 -5,7 -5,8 -7,1 -7,0 -19,1 9,7 -26,9 0 -419,1 -426,9
16
-2,4
9,7
Tabela 2: Esforços Cortantes (kN)
21 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Envoltória com vento frontal Cortante
Envoltória pp e sc Cortante
4,5 6,9 320,5 6,9 -12,9 1,9 -6,1 8,8 -6,9 -320,5 -6,9 71,7 -4,5
8,4 -1,3 320,5 -1,3 8,8 -4,1 0 -12,9 1,3 -320,5 1,3 71,7 -8,4
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49 49/171
Tabela 3: Momentos fletores (kN.m) 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Envoltória com vento frontal Momento 23,1 5,2 5,2 0 2,4 28,2 2,6 2,6 5,1 0,8 0 28,4 57,4 29,0 11,1
Envoltória pp e sc Momento 28,3 5,5 5,5 0 0,9 4,7 8,5 8,5 27,9 22,8 0 17,7 57,4 39,7 28,3
16
857,2
857,2
Tabela 4: Esforços Normais (kN), Cortantes (kN) e Momentos (kN.m) Envoltória com vento frontal Envoltória pp e sc Normal Cortante Momento Normal Cortante Momento 1 -314,5 4,5 23,1 -350,8 8,4 28,3 2 -306,7 4,5 5,2 -343,0 8,4 5,5 3 13,8 6,9 5,2 -22,5 -1,3 5,5 4 -2,4 320,5 0 9,7 320,5 0 5 21,6 6,9 2,4 -14,7 -1,3 0,9 6 13,2 -12,9 28,2 -5,7 8,8 4,7 7 13,3 1,9 2,6 -5,8 -4,1 8,5 8 12,0 -6,1 2,6 -7,1 0 8,5 9 11,8 8,8 5,1 -7,0 -12,9 27,9 10 17,3 -6,9 0,8 -19,1 1,3 22,8
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6
DIMENSIONAMENTO
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Este capítulo apresenta os procedimentos adotados para realizar o dimensionamento da estrutura. Com os carregamentos obtidos, atuantes na estrutura, pode-se dimensioná-la de modo que resista a estas solicitações, que são: o peso próprio da estrutura, sobrecarga e ações de vento.
6.1 DIMENSIONAMENTO DAS TERÇAS DA COBERTURA
O espaçamento entre as terças é regido pelo vão suportado pelas telhas a serem utilizados. Para este galpão será adotada a telha da marca DANICA, modelo TERMOZIP-EPS, espaçadas com vão de 2,40 metros e com 9,52 kg/m² de peso próprio.
6.1.1 Carregamentos 6.1.1.1 Peso próprio
Utilizando o esquema de área de influência obtemos o carregamento devido ao peso próprio das telhas: -Peso Próprio das telhas: PP telha = 9,52 kg/m² . 2,40 m = 228,48 N/m
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6.1.1.2 Sobrecarga 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
A norma NBR-8800/07 recomenda uma sobrecarga mínima de 25 kgf/m², assim: qSC = 25 kgf/m² . 2,40 m = 60 kgf/m ⇒ 0,60 kN/m
6.1.1.3 Vento
-Vo = 43 m/s (Gráfico de Isopletas – Região de Florianópolis) - Fator topográfico (S1) = 1,0 (Terreno plano ou fracamente acidentado) - Fator de Rugosidade do terreno e Dimensões da Edificação (S 2) = 1,09 *Categoria I – o terreno esta em campo aberto, poucas edificações ao redor; *Classe B – Seu comprimento é de 32 metros, caracterizando esta classe; - Fator Estatístico (S3) = 1,0 ( Galpão comercial com alto fator de ocupação) Vk = Vo . S1 . S2 . S3 = 43 . 1,0 . 1,09 . 1,0 = 46,87 m/s qk = Vk² / 16 qk =
Vk 2
16
=
46,87 2 16
= 137,30
kgf/m² ⇒ 1,373 kN/m²
Sabendo-se que a situação mais desfavorável ocorre na água de barlavento, com a incidência do vento perpendicular à cumeeira. Assim: -Coeficiente de Pressão Externa (Cpe) = -0,82 -Coeficiente de Pressão Interna (Cpi) = -0,30
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6.1.2 Decomposição dos esforços segundo os eixos “X” e “Y” 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Inclinação da Terça = 18°
6.1.2.1 Peso próprio
qy = 0,306 . cos 18° = 0,291 kN / m qx = 0,306 . sen 18° = 0,095kN / m
6.1.2.2 Sobrecarga
qy = 0,6 . cos 18° = 0,571 kN / m qx = 0,6 . sen 18° = 0,185 kN / m
6.1.3 Combinações de carga
6.1.3.1 Hipótese de peso próprio + sobrecarga
qy = 1,3 . 0,291 + 1,5 . 0,570 = 1,233 kN / m qx = 1,3 . 0,095 + 1,5 . 0,185 = 0,401 kN / m
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53 53/171
6.1.4 Dimensionamento 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Para o dimensionamento utiliza-se o perfil “U” enrijecido 127 x 50 x 4,75 mm, produzido com o aço A 588, que apresenta as seguintes propriedades: A = 9,91 cm² h = 127,0 mm tw = 4,75 mm tf = 4,75 mm Wx = 35,5 cm³ Wy = 6,16 cm³ Ix = 225,9 cm4 Iy = 22,66 cm4 Onde: W: Módulo de resistência; A = Área da seção transversal do perfil; h = altura do perfil; tw = espessura da alma do perfil; tf = espessura da aba do perfil; I = momento de inércia.
6.1.5 Flambagem local
As cargas aplicadas a perfis “U” devem passar pelo centro de cisalhamento para não provocarem torção. Considera-se que as fixações das telhas sobre as
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5/16/2018
devem pertencer à Classe 3, mesmo que os valores obtidos nos cálculos abaixo representem um perfil de uma classe 1 ou 2.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
h − (2 ⋅ t f )
λalma
=
λalma
=
127,0 − (2 ⋅ 4,75)
λmesa
=
b − t w t f
λmesa
=
50 − 2.4,75
E
≤ 1,47
t w
fy =
4,75 =<
0,55 E fy =
4,75
24,74 < 1,47
=
205000 345
=
36
9,53 < 0,55
205000 345
= 13
O perfil se enquadra na classe 3.
6.1.6 Verificação para hipótese de peso próprio + sobrecarga
A NBR-8800/86 não cobre o dimensionamento de perfis metálicos de chapa fina dobrados a frio. Utilizou-se, portanto, o método das tensões admissíveis, que é o mais usual. Mx =
q y .l 2
8 q x .l
2
My =
8
Fbx =
Mx Wx My
=
1,233.4,0 2 8
= 2,46 kN . m
0,401.4,0 2
= =
8 2,46.100 35,50
= 0,80 kN . m =
6,93 kN / cm²
0 80 100
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55 55/171
Como:
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
19,92 kN/cm² < 31,05 kN/cm² ⇒ OK! 6.1.7 Verificação para hipótese de peso próprio + vento
q y .l
Mx =
8
My =
q x .l
Fbx =
Mx
Fby =
My Wy
2
3,49.4,0
=
8
=
0,123.4,0
2
8 =
Wx =
2
= 6,98 kN . m 2
= 0,246 kN . m
8 6,98.100
19,66 kN / cm²
=
35,50
.100 = 4,00 kN / cm² 0,246 6,16
A soma das tensões devidas à flexão segundo o eixo “x” e o eixo “y”, deverá ser menor do que 90% da tensão de escoamento do aço, segundo o professor Moacir Carqueja em sua apostila de aula. Fbx + Fby ≤ 0,9fy 19,66 + 4,00 = 23,66
≤
0,9 . 34,5 = 31,05 kN/cm²
Como: 23,66 kN/cm² < 31,05 kN/cm² ⇒ OK!
6.1.8 Verificação da flecha
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56 56/171
A flecha em uma viga bi-apoiada com carga uniformemente distribuída é dada 5/16/2018
por:
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
δ =
5 ⋅ q ⋅ L4 384 ⋅ E ⋅ I
=
4
Flecha máxima Eixo “x”: δ =
5 ⋅ q ⋅ L
384 ⋅ E ⋅ I Y ⋅
Flecha máxima Eixo “Y”:
δ =
=
⋅
4
=
384 ⋅ 20500.225,90
4
5 q L 384 ⋅ E ⋅ I X
5 ⋅ 0,0057 ⋅ 400
⋅ =
⋅
0,41 cm
4
5 0,00185 400 384 ⋅ 20500 ⋅ 22,66
=
1,33 cm
Com os resultados acima, pode-se confirmar que o perfil escolhido é adequado para suportar as cargas atuantes.
6.2 DIMENSIONAMENTO DOS PILARES
Diferentemente das terças, os esforços dos pilares foram obtidos pelo programa Ftool . O programa de análise estrutural apenas apresenta os esforços que surgem nas barras da estrutura uma vez carregada. Para o dimensionamento dos pilares optou-se pela escolha de perfil “H”, pois apresenta grande inércia em ambos os eixos, assim, garantindo maior rigidez tanto à peça quanto à estrutura. A estrutura contém dezoito pilares. Os pilares são responsáveis pela sustentação do telhado, das vigas e por suportar as ações de ventos.
6.2.1 Carregamentos
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57 57/171
5/16/2018
que é necessário para garantir a estabilidade global da estrutura e devido a cargas de vento.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Os esforços seccionais máximos são: - Nd = -426,9 kN (compressão) - Vd = 8,4 kN - Md = 39,7 kN.m = 3970kN.cm
6.2.2 Dimensionamento
Foi escolhido o perfil laminado CS 250 x 76, que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 250mm - b = 250 mm - tf = 16,0 mm - tw = 8,0 mm - A = 97,4 cm² - Zy = 503,5 cm³ - ry = 6,54 cm - Zx = 1031 cm³ - rx = 10,9 cm - Ix = 11659 cm4 - Iy = 4168 cm4 Onde: Z = Módulo de resistência; A = Área da seção transversal do perfil;
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58 58/171
FLEXO COMPRESSAO 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- FLAMBAGEM LOCAL b
mesa =
t b t
alma =
(250.0,5) − 8,0
= 7,31 > 7 ⇒ indica classe 2.
16,0
250 − (2.16,0) 8,0
= 27,25 < 36 ⇒ indica classe 1.
Sendo o perfil classe 2, não haverá flambagem local e o valor de Q é 1. Dessa forma o perfil suporta a plastificação, porém, não permite a redistribuição dos momentos. - ESBELTEZ DA PEÇA λ
=
k .l
=
0,8.400,0
r
y
= 48,93 < 200 ⇒ a peça passou na verificação de
6,54
esbeltez. _
λ
=
λ Q. f y π E
=
48,93
1.345
3,1415
205000
= 0,64
_
Através do valor de λ , obtém-se o valor de ρ na tabela fornecida pela NBR8800/86. ρ = 0,869
- RESISTÊNCIA DE CÁLCULO A resistência de cálculo é dada multiplicando-se a resistência nominal por um coeficiente de minoração ( φ ), que vale 0,9 segundo a NBR-8800/86. - Resistência Nominal ( Nn) a compressão: Nn = ρ . Q . f y . A
59
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- Resistência Nominal (M ) a flexão:
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Resistência Nominal (Mn) a flexão: Mn = Zy . f y
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Mn = 503,5 . 34,5 = 17370,75 kN.cm - Resistência de Cálculo (MR) a flexão: MR = φ . Mn MR = 0,9 . 17370,75 = 15633,68 kN.cm Supondo que o material permita fazer a hipótese de sobreposição de esforços, pode-se verificar o perfil fazendo com que a seguinte relação seja verdadeira: N d
+
N R
M d M R
426,9
+
2628,09
≤ 1,0
3970
=
15633,68
0,42 ≤ 1,0 ⇒ ok !
- CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo dos apoios do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, a h
=
8000 250 − (2.16,0)
= 36,69 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é λ = h
t w
=
250 − (2.16,0) = 8,0
27,25
Os limites para comparação são λ e λ
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O λ é limite entre classe 2 e 60 60/171
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por:
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (250 − 2.16,0) . 8,0 = 1744,0 mm² ⇒ 17,44 cm² Vn = Vpl =0,6 . 17,44 . 34,5 = 361,01 kN A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn VR = 0,9 . 361,01 = 324,91 kN Sendo, Vd = 8,4 kN VR > Vd ⇒ ok!
6.2.3 Verificação da flecha
A NBR8800/86 recomenda que a flecha horizontal devido à carga de vento, em galpões em geral e edifícios de um pavimento, seja de no máximo de: δ max =
L
300
δ max = 800 300
= 2,67 cm.
A deformação é obtida inserindo-se os perfis corretos no Ftool juntamente
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61 61/171
6.3 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS PRINCIPAIS 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
6.3.1 Carregamentos
A viga principal está carregada com cargas perpendiculares ao seu eixo principal e também com cargas axiais provindas da ação do vento, assim caracterizando flexo-compressão. Os valores dos carregamentos foram tratados no capitulo 5. Os esforços seccionais máximos são: - Nd = 9,7 kN (compressão) - Vd = 320,5 kN - Md = 857,2 kN.m = 85720 kN.cm
6.3.2 Dimensionamento
Foi escolhido o perfil soldado CVS 450 x 130 que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 450 mm - b = 300 mm - tf = 19,0 mm - tw = 12,5 mm - A = 165,5 cm² - Zx = 2987 cm³ rx = 19 1 cm
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62 62/171
- RESISTENCIA A FLEXÃO 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- FLAMBAGEM LOCAL b t b t
mesa = alma =
(300.0,5) − 12,5 19,0
450 − (2.19,0) 12,5
= 7,24 > 7 ⇒ indica classe 2.
= 32,96 < 36 ⇒ indica classe 1.
Sendo o perfil classe 2, não haverá flambagem local. O perfil também suporta a plastificação, porém, não permite a redistribuição dos momentos.
- Resistência Nominal (Mn) a flexão: Mn = Zx . f y Mn = 2987 . 34,5 = 103051,5 kN.cm - Resistência de Cálculo (MR) a flexão: MR = φ . Mn MR = 0,9 . 103051,5 = 92746,35 kN.cm Sendo, Md = 85720,0 kN.cm MR > Md ⇒ OK!
- CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento 63
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
h
450 − (2.19,0)
63/171
λ =
t w
=
12,5
= 32,96.
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
λ r
= 1,49
k . E f y k . E f y
= 1,08
5,34.205000
= 1,49
5,34.205000
345
345
= 60,84 = 83,93
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (450 − 2.19,0).12,5 = 5150,0 mm² ⇒ 51,5cm² Vn = Vpl =0,6 . 51,5 . 34,5 = 1066,0 kN A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn VR = 0,9 . 1066,0 = 959,4 kN Sendo, VR > Vd ⇒ OK!
6.3.3 Verificação da flecha
64
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
δ max =
1070
= 2,97 cm.
64/171
δ max
2,97 cm.
360
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
por:
A flecha em uma viga bi rotulada com carga uniformemente distribuída é dada δ =
5.q ⋅ L4 384 ⋅ E ⋅ I X
5.q ⋅ L4
5.0,2 ⋅ 1070 4
Flecha máxima Eixo “Y”: δ = 384 ⋅ E ⋅ I X = δ = 384 ⋅ 20500 ⋅ 60261 =2,76cm Com os resultados acima, pode-se confirmar que o perfil escolhido é adequado para suportar as cargas atuantes.
6.4 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS EM BALANÇO
6.4.1 Carregamentos
A viga em balanço está carregada somente com cargas perpendiculares ao seu eixo principal, caracterizando flexão. Há também os esforços de cisalhamento. Os valores dos carregamentos foram tratados no capitulo 5. Os esforços seccionais máximos são: - Nd = 0,0 kN - Vd = 71,7 kN - Md = 5740,0 kN.cm
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65 65/171
6.4.2 Dimensionamento 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Foi escolhido o perfil laminado IP 200 x 22,4 que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 200 mm - b = 100 mm - tf = 8,5 mm - tw = 5,6 mm - A = 28,5 cm² - Zx = 220,0 cm³ - rx = 8,26 cm - Z = 43,9 cm³ y - ry = 2,24 cm O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² . - FLAMBAGEM LOCAL b t b t
mesa = (100.0,5) − 5,6 = 5,22 < 7 ⇒ indica classe 1. 8,5
alma =
200 − (2.8,5) 5,6
= 32,68 < 36 ⇒ indica classe 1.
Sendo o perfil classe 1, não haverá flambagem local. O perfil também suporta a plastificação, e permite a redistribuição dos momentos.
66
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Mn = 220,0 . 34,5 = 7590 kN.cm
66/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Por fim, temos a resistência de cálculo multiplicando o valor de Mn pelo coeficiente minorador de resistência ( φ ). MR = φ . Mn MR = 0,9 . 7590 = 6831,0 kN.cm
Sendo, Md = 5740,0 kN.cm, Md < MR ⇒ OK! - CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, a h
=
1600 200 − (2.8,5)
= 10,60 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é h 200 − (2.8,5) λ = = = 32,68 5,6
t w
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
λ r = 1,49
k . E f y k . E f y
= 1,08
5,34.205000
= 1,49
5,34.205000
345
345
= 60,84 = 83,93
67
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Aw = d . tw = (200 − 2.8,5).5,6 = 1024,80 mm² ⇒ 10,24 cm²
67/171
Vn = Vpl =0,6 . 10,24 . 34,5 = 211,97 kN 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn VR = 0,9 . 211,97 = 190,77 kN
Sendo, Vd = 71,7 kN VR > Vd ⇒ OK!
6.5 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS SECUNDÁRIAS
6.5.1 Carregamentos
A viga secundária está carregada com cargas perpendiculares ao seu eixo principal provenientes do peso próprio e do peso da parede de cobertura. - HIPÓTESE : Peso Próprio + Sobrecarga Sd =
n
∑ (γ G ) + γ Q + ∑ (γ ψ Q ) g
q1
1
qj
j
j
j = 2
Sd = 1,3.20 + 1,4.8,76 =12,524 kN/m
Sendo uma viga bi-apoiada tem-se então os esforços seccionais máximos apresentados abaixo: - Nd = 0 kN
6.5.2 Dimensionamento
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68
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Foi escolhido o perfil laminado IP 180 x 18,8 que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 180 mm - b = 91 mm - tf = 8 mm - tw = 5,3 mm - A = 13,9 cm² - Zx = 166,0 cm³ - rx = 7,42 cm - Zy = 34,2 cm³ - ry = 22,05 cm O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² . - FLAMBAGEM LOCAL b t b t
mesa = (180.0,5) − 5,3 = 10,58 < 7 ⇒ indica classe 2. 8
alma =
180 − (2.8) 5,3
= 30,94 < 36 ⇒ indica classe 1.
- MOMENTO RESISTENTE Para resistir aos esforços solicitantes a equação deverá ser verdadeira, Md ≤ MR = φ . Mn
69
MR = φ . Mn
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MR = 0,9 . 5727= 5154,3 kN.cm 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Sendo, Md = 5009,6 kN.cm, Md < MR ⇒ OK! - CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a =L. Então, a h
=
4000 180 − (2.8)
= 24,39 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é λ =
h t w
=
180 − (2.8) 5,3
= 30,942
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
λ r = 1,49
k . E = 1,08 5,34.205000 = f y 345 k . E f y
= 1,49
5,34.205000 345
60,84
= 83,93
Sendo λ < λ , a resistência nominal é da por: p
Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde A é a área da alma do perfil
70
VR = φ . Vn
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70/171
VR = 0,9 . 179,92 = 161,9 kN 5/16/2018
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Sendo, Vd = 25,048 kN VR > Vd ⇒ OK!
6.6 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS DA COBERTURA
6.6.1 Carregamentos
As vigas da cobertura estão carregadas com cargas gravitacionais e cargas e vento. Por estarem inclinadas em relação a horizontal possuem esforços axiais e transversais ao seu eixo principal, assim caracterizando flexo-compressão. Os valores dos carregamentos foram tratados no capitulo 5. Os esforços seccionais máximos são: - N = 13,3 kN - V = 12,9 kN - Md = 2820,0 kN.cm
6.6.2 Dimensionamento
Foi escolhido o perfil laminado VS 200 x 27 que apresenta as seguintes t í ti ét i
71
- rx = 8,39 cm
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Zy = 80,2 cm - ry = 3,28 cm
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² . - FLEXO-COMPRESSAO - FLAMBAGEM LOCAL b t b t
mesa = alma =
(140.0,5) − 6,3 8,0 200 − (2.8,0) 6,3
= 7,96 > 7 ⇒ indica classe 2.
= 29,205 < 36 ⇒ indica classe 1.
Sendo o perfil classe 2, não haverá flambagem local e o valor de Q é 1, porém, o perfil suporta a plastificação, porém, não permite a redistribuição dos momentos. - ESBELTEZ DA PEÇA λ
=
k .l r
=
0,65.768 3,28
= 152,20 < 200 ⇒ a peça passou na verificação de
esbeltez. λ
=
λ Q. f y 152,20 1.345 = = 1,99 π E 3,1415 205000
Tendo o valor de λ , obtém-se o valor de ρ na tabela fornecida pela NBR8800/07. ρ
0 230 72
- Resistência Nominal ( Nn) a compressão: N = ρ.Q.f .A
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n
y
Nn = 0,230 . 1 . 34,5 . 34,0 = 269,79 kN
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- Resistência de Cálculo (NR) a compressão: NR = φ . Nn NR = 0,9 . 269,79 = 248,81 kN - Resistência Nominal (Mn) a flexão: Mn = Zx . f y Mn = 268 . 34,5 = 9246,0 kN.cm - Resistência de Cálculo (MR) a flexão: MR = φ . Mn MR = 0,9 . 9246 = 8321,4 kN.cm Supondo que o material permita a hipótese de sobreposição de esforços, pode-se verificar o perfil fazendo com que a seguinte relação seja verdadeira: N d N R
+ M d ≤ 1,0
M R
13,30 248,81
+
2820,0 8321,4
=
0,39 ≤ 1,0 ⇒ ok !
- CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = L. Então:
73
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Os limites para comparação são λ e λ .
73/171
p
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λ p
= 1,08
λ r = 1,49
k . E f y k . E f y
= 1,08 = 1,49
r
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om 5,34.205000
= 60,84
345 5,34.205000 345
= 83,93
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (200,0 − 2.8,0).6,3 = 1159,2 mm² ⇒ 11,59 cm² Vn = Vpl =0,6 . 11,59. 34,5 = 239,95 kN A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn VR = 0,9 . 239,95 = 215,96 kN Sendo, VR > Vd ⇒ OK!
6.7 DIMENSIONAMENTO DOS TIRANTES DE CONTRAVENTAMENTO
6.7.1 Carregamentos
74
- Proporção em planta =
a
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b
=
32,0 10,80
=
2,96 > 2
74/171
- inclinação do telhado: 18° - pressão dinâmica do Vento: 1,373 kN/m² -Coeficiente de Pressão Externa (Ce) = +0,70 Pc= Ce . q Pc= +0,70 . 1,373 = +0,961kN/m² (o sinal positivo indica pressão); - Área frontal do galpão: 93,40 m² - Força de vento:
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
f V
= PC . A
f V
= 0,961 . 93,40
f V
= 89,75 kN
Dividindo-se essa força igualmente entre os pilares de frente, tem-se: f V V
q
=
qV
=
qV
=
2
89,75 2
44,87 kN
6.7.2 Dimensionamento
Os tirantes de contraventamento da estrutura funcionam a tração. Foi escolhida a barra redonda 5/8”, que apresenta as seguintes
características geométricas: - di = 15,88 mm - Ag =1,98 cm² Onde 75
Nn = Ag . f y Nn = 1,98 . 34,5 = 68,31 kN
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
onde: Ag = área bruta da seção f y = tensão de escoamento do aço. A resistência de cálculo é obtida multiplicando-se a resistência nominal por um coeficiente minoração da resistência ( φ ), que vale 0,90. NR = φ . Nn NR =0,90. 68,31 = 61,48 kN NR > Nd ⇒ OK!
Há ainda mais uma verificação a se fazer, que representa o estado limite de ruína, e seu valor é dado por: Nn = An . f u Nn = 1,98 . 48,5 = 96,0 kN onde: An = área líquida efetiva da barra; f u = tensão de ruptura do aço. A resistência de cálculo é obtida multiplicando-se a resistência nominal por um coeficiente minoração da resistência ( φ ), que vale 0,75. NR = φ . An . f u NR = 0,75. 1,98 . 48,5 = 72,0 kN Sendo; Nd = 44,78 kN
76
7
ESCADA METÁLICA EXTERNA
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Neste capítulo são apresentadas as considerações de cálculo para o dimensionamento da escada, as cargas atuantes e o processo de cálculo. Deve-se lembrar que todo o processo de dimensionamento foi executado de forma “manual”, ou seja, sem auxilio de softwares. O intuito dessa escolha é que se apresente o procedimento de dimensionamento completo.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Para facilitar os cálculos, foi suposto que os elementos estão apoiados de forma isostática.
7.1 CONSIDERAÇÕES
Pelo fato de toda a estrutura do galpão ser metálica, optou-se o uso de uma escada também metálica para a edificação. A escada possui dois patamares e três lances. Os lances têm 2,60 metros de comprimento e 1,20 metros de largura. Os patamares são plataformas retangulares com 1,50 metros por 2,40 metros, conforme a figura 22. Os degraus são de madeira de lei, com 4 cm de espessura. O peso do corrimão já esta incluído no peso próprio da estrutura.
7.2 CARGAS
O peso próprio da estrutura foi arbitrado, por não se ter certeza de seu valor antes do dimensionamento o valor arbitrado deve ser igual ou superior ao valor final
77
Para se obter os esforços nos elementos componentes da escada deve-se obter os valores das cargas distribuídas uniformemente por metro linear do elemento
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77/171
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a ser calculado. Para isso utilizou-se o método da área de influência, que consiste em obter a faixa de carregamento suportado pelo elemento. Assim tem-se uma faixa de influência para cada elemento.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
7.3 DIMENSIONAMENTO
O dimensionamento foi feito peça-a-peça, e as que apresentam as mesmas características e área de influência foram consideradas iguais. A figura 22 indica a numeração das peças.
78
7.3.1 Viga 1 http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
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- Comprimento l = 2,4 m
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- ÁREA DE INFLUÊNCIA A viga 1 recebe metade da carga do patamar, que possui 1,5 metros de largura então: q pp = 35,0 kg/m ⇒ 0,35 kN/m qmadeira =
0,4 kN/m². 0,75 m = 0,3 kN/m
q SC = 3,0 kN/m² . 0,75m =
2,25 kN/m.
Fazendo a majoração das cargas como recomenda a NBR-8800, tem-se a envoltória de cálculo: Sd = (1,3.0,35) + (1,4.0,3) + (1,4.2,25) Sd = 4,03
kN/m
- MOMENTO FLETOR O valor do momento fletor máximo para uma viga simplesmente apoiada com carregamento uniformemente distribuído é dado pela expressão: M
=
q.l
2
8
Então, M d
=
M d
=
4,03.2,4 2 8 2,9016
kN.m ⇒ 290,16 kN.cm
79
V =
(4,03.2,4)
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2
79/171
kN
V =
4,836 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Com os resultados acima pode-se dimensionar a peça. - PERFIL Foi escolhido o perfil laminado U 76,20 x 6,11, que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 76,20 mm - b = 35,80 mm - tf = 6,93 mm - tw = 4,32 mm - A = 7,78 cm² - Wx = 18,10 cm³ - ry = 1,03 cm - Ix = 68,90 cm4 - rx = 2,98 cm - Peso próprio = 6,11 kg/m O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² - DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO
- FLAMBAGEM LOCAL b 35,80 − 4,32 mesa = = 4,54 < 7 ⇒ indica classe 1.
t
6,93
b
76 20 − (2 6 93)
80
- Resistência Nominal (Mn) a flexão: Mn = Wx . f y
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Mn = 18,10 . 34,5 = 624,45 kN.cm 5/16/2018
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- Resistência de Cálculo (MR) a flexão: MR = φ . Mn MR = 0,9 . 624,45 = 562,0 kN.cm Sendo, Md = 290,16 kN.cm MR > Md ⇒ OK! - CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento ocorre no meio da alma e próximo ao apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, a h
=
2400 76,20 − (2.4,32)
= 35,52 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é h 76,20 − (2.6,93) λ = = = 14,43 4,32
t w
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
λ
= 1,08
1 49
k . E f y k . E
= 1,08
1 49
5,34.205000 345 5,34.205000
= 60,84 83 93 81
Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (76,20 − 2.6,93).4,32 = 269,30 mm² ⇒ 2,69 cm²
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Vn = Vpl =0,6 . 2,69 . 34,5 = 55,68 kN 5/16/2018
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A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn VR = 0,9 . 55,68 = 50,11 kN Sendo, Vd = 4,836 kN VR > Vd ⇒ OK!
7.3.2 Viga 2
- Comprimento l = 2,60 m Esta peça se encontra inclinada à 32°em relação à horizontal. -ÁREA DE INFLUÊNCIA A viga 2 recebe metade da carga do lance, que possui 1,20 metros de largura então: q pp =
35,0 kg/m ⇒ 0,35 kN/m
qmadeira =
0,4 kN/m². 0,60 m = 0,24 kN/m
q SC = 3,0 kN/m² . 0,60m =
1,80 kN/m.
Fazendo a majoração das cargas como recomenda a NBR-8800/86, tem-se a
82
Então: F X d
sen32°.3,31 =1,754
kN/m
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=
82/171
F Y d
=
cos 32°.3,31 =2,807 kN/m
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Figura 23: Viga 2
- MOMENTO FLETOR O valor do momento fletor máximo para uma viga simplesmente apoiada com carregamento uniformemente distribuído é dado pela expressão: M =
q.l
8
2
Porém, deve-se usar somente a componente perpendicular da carga da viga para obter-se o momento fletor, visto que a componente que age paralelamente provoca somente compressão. Então, M d
=
M d
=
2,807.2,60 2 8 2,372
kN.m ⇒ 237,2 kN.cm
83
- ESFORÇO NORMAL
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
83/171
O esforço normal é provocado pela componente paralela ao eixo principal da peça, e vale:
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
q x =
1,754 kN/m
Então o esforço normal vale: N =
N =
q.l
2
1,754.2,6 2
N = 2,280
kN
Figura 25: Diagrama de esforço normal da viga 2
- ESFORÇO CORTANTE O esforço cortante máximo é provocado pela componente perpendicular ao eixo principal da peça, e se dá junto aos apoios, então: (q .l)
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
84
84/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 26: Diagrama de esforço cortante da viga 2
Com os resultados acima podemos dimensionar a peça. - PERFIL Foi escolhido o perfil laminado U 254,0 x 29,76, que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 254,0 mm - b = 69,57 mm - tf = 11,10 mm - tw = 9,63 mm - A = 37,90 cm² - Wx = 259,0 cm³ - ry = 1,76 cm - Ix = 3290,0 cm - rx = 9,31 cm - Peso próprio = 29,76 kg/m O aço do perfil é o A 588 com f = 34 5 kgf/cm²
85
b t
alma =
254,0 − (2.11,10)
= 24,07 < 36 ⇒ indica classe 1.
9,63 http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
85/171
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Sendo o perfil U, não pode ser considerado classe 1, porém, é um perfil compacto, não haverá flambagem local.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- ESBELTEZ DA PEÇA λ
=
k .l
=
1,0.260
r y _
λ
=
= 147,72 < 200 ⇒ a peça não é esbelta.
1,76
λ Q. f y 147,72 1.345 = = 1,93 π E 3,1415 205000 _
Tendo o valor de λ , obtém-se o valor de ρ na tabela fornecida pela NBR8800/86. ρ = 0,243
- RESISTÊNCIA DE CÁLCULO A resistência de cálculo é dada multiplicando-se a resistência nominal por um coeficiente de minoração ( φ ), que vale 0,9. - Resistência Nominal ( Nn) a compressão: Nn = ρ . Q . f y . A Nn = 0,243 . 1 . 34,5 . 37,9 = 300,73 kN - Resistência de Cálculo (NR) a compressão: NR = φ . Nn NR = 0,9 . 300,73 = 270,66 kN
86
MR = φ . Mn MR = 0,9 . 856,98 = 8321,4 kN.cm
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
86/171
Sendo, Md = 237,2 kN.cm MR > Md ⇒ OK!
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, a h
2600
=
−
254,0
= 11,21 > 3 ⇒ k = 5,34
(2.11,10)
O índice de esbeltez da alma é h 254,0 − (2.11,10) λ = = = 24,07 9,63
t w
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
λ r
= 1,49
k . E f y k . E f y
= 1,08
5,34.205000
= 1,49
5,34.205000
345
345
= 60,84 = 83,93
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y
87
A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
87/171
VR = 0,9 . 462,02 = 415,82 kN 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Sendo, Vd = 3,65 kN VR > Vd ⇒ OK!
7.3.3 Viga 3
- Comprimento l = 2,4 m -ÁREA DE INFLUÊNCIA A viga 3 recebe metade da carga do patamar, que possui 1,5 metros de largura. Porém, esta viga ainda recebe cargas provindas das vigas 2 de cima e de baixo. Estas cargas são perpendiculares ao eixo principal da peça e tem a mesma magnitude. Para o cálculo da viga 3 considerou-se estas forças como uma só, de magnitude igual à soma das outras duas, e aplicada no centro da viga 3. Isso é pela simplificação e também a favor da segurança, pois a carga aplicada ao centro da viga aumenta o valor do momento fletor e nada interfere nos valores dos outros esforços calculados posteriormente. q pp =
35,0 kg/m ⇒ 0,35 kN/m
qmadeira =
0,4 kN/m². 0,75 m = 0,3 kN/m
q SC = 3,0 kN/m² . 0,75m =
2,25 kN/m.
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
88
88/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 27: Viga 3
- MOMENTO FLETOR O valor do momento fletor máximo para uma viga simplesmente apoiada com carregamento uniformemente distribuído é dado pela expressão: M q
=
q.l
2
8
Então, M d q
=
M d q
=
4,03.2,4 8 2,9016
2
kN.m ⇒ 290,16 kN.cm
- Momento fletor devido à carga concentrada O momento fletor devido a uma carga concentrada aplicada no meio de uma viga bi-apoiada é dado pela expressão: M p
=
p.l
4
O valor de
p
é a soma das reações das duas vigas 2 ( já calculada).
Então: p = 2 . 4,303 = 8,606 kN
89
M máx = M
290,16 + 516,36
= 806,52 kN.cm
máx-ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1 http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de
89/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 28: Diagrama de momento fletor da viga 3
- ESFORÇO CORTANTE O esforço cortante máximo se dá junto aos apoios e tem o mesmo valor das rações de apoio, então: V =
V =
(q.l) + p 2
(4,03.2,4) + 8,606
V = 9,14
2
kN
90
- PERFIL Foi escolhido o perfil laminado U 101 x 7,95 que apresenta as seguintes http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
90/171
5/16/2018
características geométricas: - d = 101,60 mm - b = 40,10 mm - tf = 7,52 mm - tw = 4,57 mm - A = 10,10 cm²
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- Wx = 31,40 cm³ - ry = 1,14 cm - Ix = 159,50 cm - rx = 3,97 cm - Peso próprio = 7,95 kg/m O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² - DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO - FLAMBAGEM LOCAL b t b t
mesa = alma =
40,10 − 4,57 7,52
= 4,72 < 7 ⇒ indica classe 1.
101,10 − (2.7,52) 4,57
= 18,94 < 36 ⇒ indica classe 1.
Sendo o perfil U, não pode ser considerado classe 1, porém, é um perfil compacto, não haverá flambagem local. - Resistência Nominal (Mn) a flexão:
91
Sendo, M = 806,52 kN.cm
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
d
91/171
MR > Md ⇒ OK! 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, a h
=
2400 101,60 − (2.7,52)
= 27,72 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é h 101,10 − (2.7,52) λ = t = = 18,94 4,57 w Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
λ r
= 1,49
k . E f y
= 1,08
345
= 60,84
5,34.205000
k . E f y
5,34.205000
= 1,49
345
= 83,93
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado, Aw = d tw = (101 60 − 2 7 52) 4 57 = 395 58 mm² ⇒ 3 95 cm²
92
Sendo, V = 9,14 kN
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
d
92/171
VR > Vd ⇒ OK! 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
7.3.4 Viga 5
A viga 5 foi tratada como pórtico, pelo fato de a geometria da escada necessitar de uma peça composta de duas partes horizontais em planos distintos ligadas por uma peça inclinada. A ligação entre essas peças deve ser do tipo engaste, caso contrário, a estrutura resultaria instável. - Comprimento l horizotal = 1,50 m l inclinada
= 2,60 m
Esta peça está inclinada à 32°em relação à horizontal. -ÁREA DE INFLUÊNCIA A viga 5 recebe metade da carga do lance, que possui 1,20 metros de largura, e metade da carga dos patamares em seus trechos horizontais, então, tem-se carregamentos diferentes nos trechos: - Trecho Inclinado q pp =
35,0 kg/m ⇒ 0,35 kN/m
93
qmadeira =
0,4 kN/m². 0,75 m = 0,3 kN/m
q SC = 3,0 kN/m² . 0,75m = http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
2,25 kN/m. 93/171
5/16/2018
Fazendo a majoração das cargas como recomenda a NBR-8800, teremos a envoltória de cálculo, que vale:
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- Trecho Inclinado Sd = (1,3.0,35) + (1,4.0,24) + (1,4.1,80) Sd = 3,31
kN/m
Por estar inclinada em relação à horizontal devemos decompor a força atuante nas coordenadas X e Y. Então: F d X
=
sen32°.3,31 =1,754
F d Y
=
cos 32°.3,31 =2,807 kN/m
kN/m
- Trecho Horizontal (patamar) Sd = (1,3.0,35) + (1,4.0,30) + (1,4.2,25) Sd = 4,03
kN/m
Deve-se estar atento que a viga 3 se apóia sobre a viga 5, surgindo então duas cargas concentradas, de mesmo valor da reação de apoio da viga 3, que vale 9,14 kN.
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
94
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 30: Viga 5
Utilizando as equações da estática obtemos as reações de apoio, que valem: - Apoio 1 R y
= 19,1 kN kN
R x =0,0
- Apoio 2 R y =
19,1 kN
R x =0,0
kN
- MOMENTO FLETOR Pelo método das seções obteve-se o valor do momento máximo, que ocorreu
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
95
95/171
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 31: Diagrama de momento fletor da viga 5.
- ESFORÇO NORMAL O esforço normal ocorre somente na peça inclinada, e é provocado pela componente paralela ao eixo principal da peça, e vale: q x =
1,754 kN/m
Então o esforço normal vale: N =
N =
q.l
2
1,754.2,6 2
N = 2,280
kN
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
96
96/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 32: Diagrama de esforço normal da viga 5
- ESFORÇO CORTANTE O esforço cortante máximo ocorre junto aos apoios, e tem o mesmo valor das reações, então: V = R1, 2 V = 19,1 kN
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
97
97/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 33: Diagrama de esforço cortante da viga 5
Com os resultados acima podemos dimensionar a peça. - PERFIL Foi escolhido o perfil laminado U 254,0 x 29,76, que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 254,0 mm - b = 69,57 mm - tf = 11,10 mm - tw = 9,63 mm - A = 37,90 cm² - Wx = 259,0 cm³
98
- DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO - FLAMBAGEM LOCAL
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
b
69,57 − 9,63
98/171
t
mesa =
= 5,4 < 7 ⇒ indica classe 1.
11,10
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
b t
alma =
254,0 − (2.11,10) 9,63
= 24,07 < 36 ⇒ indica classe 1.
Sendo o perfil U, não pode ser considerado classe 1, porém, é um perfil compacto, não haverá flambagem local. - ESBELTEZ DA PEÇA λ _
λ
= =
k .l r y
=
1,0.260 1,76
= 147,72 < 200 ⇒ a peça não é esbelta.
λ Q. f y 147,72 1.345 = = 1,93 π E 3,1415 205000
_
Tendo o valor de λ , obtém-se o valor de ρ na tabela fornecida pela NBR8800/86. ρ =
0,243
- RESISTÊNCIA DE CÁLCULO A resistência de cálculo é dada multiplicando-se a resistência nominal por um coeficiente de minoração ( φ ), que vale 0,9. - Resistência Nominal (Mn) a flexão: Mn = Wx . f y
99
Md = 237,2 kN.cm MR > Md ⇒ OK! http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
- CISALHAMENTO
99/171
5/16/2018
O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então,
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
a h
2600
=
= 11,21 > 3 ⇒ k = 5,34
254,0 − (2.11,10)
O índice de esbeltez da alma é h 254,0 − (2.11,10) λ = = = 24,07 9,63
t w
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
λ r
= 1,49
k . E f y k . E f y
= 1,08
5,34.205000
= 1,49
5,34.205000
345
345
= 60,84 = 83,93
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (254,0 − 2.11,10).9,63 = 2232,23 mm² ⇒ 22,32 cm² V
V
0 6 22 32 34 5 462 02 kN 100
Vd = 19,1 kN VR > Vd ⇒ OK! http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
A escolha de um perfil tão robusto para esta viga se justifica por motivos
100/171
5/16/2018
construtivos. Devido à grande altura da alma pode-se posicionar os degraus dentro deste espaço, assim, tem-se um melhor acabamento da escada.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 34: Escada em perfil
7.3.5 Pilar 1
- Comprimento L= 2,66 m Esta peça está rotulada em ambos os extremos.
101
- ESFORÇO NORMAL O esforço normal é provocado pelas reações das vigas que o pilar suporta. Então o esforço normal vale: http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
N = R1 + R5
101/171
N =
5/16/2018
N =
4,836+19,1 kN
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
23,94 kN
- ESFORÇO CORTANTE Também não existem esforços cortantes, pois não há cargas perpendiculares ao eixo principal da peça. Com os resultados acima pode-se dimensionar a peça. - PERFIL Foi escolhido o perfil laminado L 76,2x76,2x4,8mm, que apresenta as seguintes características geométricas: - l= 76,2 mm - t = 4,8 mm - A = 7,03 cm² - ry = rx = 2,39 cm - rz = 1,51 cm - Peso próprio = 5,52 kg/m O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm²
- DIMENSIONAMENTO A FLEXO-COMPRESSÃO - ESBELTEZ DA PEÇA
102
ρ = 0,213
- RESISTÊNCIA DE CÁLCULO A resistência de cálculo é dada multiplicando-se a resistência nominal por um
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102/171
coeficiente de minoração ( φ ), que vale 0,9. 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- Resistência Nominal ( Nn) a compressão: Nn = ρ . Q . f y . A Nn = 0,213 . 1 . 34,5 . 7,03 = 51,66 kN - Resistência de Cálculo (NR) a compressão: NR = φ . Nn NR = 0,9 . 51,66 = 46,49 kN Sendo, Nd = 23,49 kN NR > Nd ⇒ OK!
7.3.6 Pilar 3
- Comprimento l = 1,33 m Esta peça está rotulada em ambos os extremos. -ÁREA DE INFLUÊNCIA O il b d i
1
6 l
d
d
il
2 O il
2
tá 103
- ESFORÇO NORMAL O esforço normal é provocado pelas reações das vigas que o pilar suporta. Então o esforço normal vale: http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
N = R1 + R6 + R7
+
R5
103/171
N = 5/16/2018
N =
4,836+19,1+2,418+19.1 kN DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
45,42 kN
- ESFORÇO CORTANTE Também não existem esforços cortantes, pois não há cargas perpendiculares ao eixo principal da peça. Com os resultados acima pode-se dimensionar a peça. - PERFIL Foi escolhido o perfil laminado L 76,2 x 76,2 x 4,8mm, que apresenta as seguintes características geométricas: - l= 76,2 mm - t = 4,8 mm - A = 7,03 cm² - ry = rx = 2,39 cm - rz = 1,51 cm - Peso próprio = 5,52 kg/m O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² - DIMENSIONAMENTO A COMPRESSÃO - ESBELTEZ DA PEÇA
104
_
Tendo o valor de λ , obtém-se o valor de ρ na tabela fornecida pela NBR8800/07. ρ = 0,553
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5/16/2018
- RESISTÊNCIA DE CÁLCULO A resistência de cálculo é dada multiplicando-se a resistência nominal por um coeficiente de minoração ( φ ), que vale 0,9.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- Resistência Nominal ( Nn) a compressão: Nn = ρ . Q . f y . A Nn = 0,553 . 1 . 34,5 . 7,03 = 134,12 kN - Resistência de Cálculo (NR) a compressão: NR = φ . Nn NR = 0,9 . 134,12 = 120,7 kN Sendo, Nd = 45,42 kN NR > Nd ⇒ OK!
7.4 RESULTADOS FINAIS
Analisando-se todos os resultados pode-se perceber que o valor estimado para o peso próprio da estrutura está abaixo do que o estimado para o
105
8
ESCADA METÁLICA INTERNA
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105/171
5/16/2018
Neste capítulo são apresentadas as considerações de cálculo para o dimensionamento da escada, as cargas atuantes e o processo de cálculo. Para facilitar os cálculos, supõe-se que os elementos estão apoiados de forma isostática.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
8.1 CONSIDERAÇÕES
Pelo fato de toda a estrutura do galpão ser metálica, optou-se o uso de uma escada também metálica para a edificação. A escada possui dois patamares e três lances. Os lances têm 2,60 metros de comprimento e 1,20 metros de largura. Os patamares são plataformas retangulares com 1,50 metros por 2,40 metros. Os degraus são de madeira de lei, com 4 cm de espessura. O peso do corrimão já esta incluído no peso próprio da estrutura. Esta escada se difere da escada externa pelo uso de tirantes ao invés de pilares.
8.2 CARGAS O peso próprio da estrutura foi arbitrado por não se ter certeza de seu valor
106
Para se obter os esforços nos elementos componentes da escada deve-se obter os valores das cargas distribuídas uniformemente por metro linear do elemento a ser calculado. Para isso deve-se usar o método da área de influência, que consiste em obter a faixa de carregamento suportado pelo elemento. Assim, tem-se uma
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106/171
faixa de influência para cada elemento. 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
8.3 DIMENSIONAMENTO
O dimensionamento foi feito peça-a-peça e as que apresentam as mesmas características e área de influência foram consideradas iguais. A figura 35 indica a numeração das peças.
107
8.3.1 Viga 1
- Comprimento l = 2,4 m
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107/171
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- ÁREA DE INFLUÊNCIA A viga 1 recebe metade da carga do patamar, que possui 1,5 metros de largura então: q pp =
35,0 kg/m ⇒ 0,35 kN/m
qmadeira =
0,4 kN/m². 0,75 m = 0,3 kN/m
q SC = 3,0 kN/m² . 0,75m =
2,25 kN/m.
Fazendo-se a majoração das cargas como recomenda a NBR-8800/86, teremos a envoltória de cálculo, que vale: Sd = (1,3.0,35) + (1,4.0,3) + (1,4.2,25) Sd = 4,03
kN/m
- MOMENTO FLETOR O valor do momento fletor máximo para uma viga simplesmente apoiada com carregamento uniformemente distribuído é dado pela fórmula: M =
q.l
8
2
Então, 2
M d
=
4,03.240 8
M d
=
2,9016
kN.m ⇒ 290,16 kN.cm
108
V d
=
V d
=
(4,03.2,4) 2 4,836
kN
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Com os resultados acima pode-se dimensionar a peça. 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- PERFIL Foi escolhido o perfil laminado U 76,20 x 6,11, que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 76,20 mm - b = 35,80 mm - tf = 6,93 mm - tw = 4,32 mm - A = 7,78 cm² - Wx = 18,10 cm³ - ry = 1,03 cm - Ix = 68,90 cm - rx = 2,98 cm - Peso próprio = 6,11 kg/m O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² - DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO - FLAMBAGEM LOCAL b t b
mesa =
35,80 − 4,32 6,93
= 4,54 < 7 ⇒ indica classe 1.
76 20 − (2 6 93)
109
- Resistência Nominal (Mn) a flexão: Mn = Wx . f y Mn = 18,10 . 34,5 = 624,45 kN.cm http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
109/171
Resistência de Cálculo (MR) a flexão: MR = φ . Mn
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
MR = 0,9 . 624,45 = 562,0 kN.cm
Sendo, Md = 290,16 kN.cm MR > Md ⇒ OK! - CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, a h
=
2400 76,20 − (2.4,32)
= 35,52 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é h 76,20 − (2.6,93) λ = = = 14,43 4,32
t w
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
k . E f y
= 1,08
5,34.205000 345
= 60,84
110
Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (76,20 − 2.6,93).4,32 = 269,30 mm² ⇒ 2,69 cm² Vn = Vpl =0,6 . 2,69 . 34,5 = 55,68 kN
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
110/171
A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
VR = 0,9 . 55,68 = 50,11 kN Sendo, Vd = 4,836 kN VR > Vd ⇒ OK!
8.3.2 Viga 2
- Comprimento l = 2,60 m Esta peça está inclinada à 32°em relação à horizontal. -ÁREA DE INFLUÊNCIA A viga 2 recebe metade da carga do lance, que possui 1,20 metros de largura então: q pp =
35,0 kg/m ⇒ 0,35 kN/m = 0,4 kN/m². 0,60 m = 0,24 kN/m
q madeira
q SC = 3,0 kN/m² . 0,60m =
1,80 kN/m.
111
Por estar inclinada em relação à horizontal deve-se decompor a força atuante nas coordenadas X e Y. Então: F
=
sen32°.3,31 =1,754
kN/m
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de d X -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
111/171
F d Y
=
cos 32 .3,31 =2,807 kN/m
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 32: Viga 2
- MOMENTO FLETOR O valor do momento fletor máximo para uma viga simplesmente apoiada com carregamento uniformemente distribuído é dado pela fórmula: M =
q.l
8
2
Porém, devemos usar somente a componente perpendicular a viga para obter o momento fletor, visto que a componente que age paralelamente provoca somente compressão. Então, M d
=
M d
=
2,807.2,60 8 2,372
2
kN.m ⇒ 237,2 kN.cm
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
112
112/171
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 34: Diagrama de momento fletor da viga 2
- ESFORÇO NORMAL O esforço normal é provocado pela componente paralela ao eixo principal da peça, e vale: q x =
1,754 kN/m
Então o esforço normal vale: N = q.l N d
= 1,754.2,6
N d
=
2
2,280
kN
113
- ESFORÇO CORTANTE O esforço cortante máximo é provocado pela componente perpendicular ao eixo principal da peça, e se dá junto aos apoios, então:
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
(q y .l)
113/171
V = 5/16/2018
V d
=
V
=
2
(2,807.2,6) 2 3,650
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
kN
d
Figura 36: Diagrama de esforço cortante da viga 2
Com os resultados obtidos podemos dimensionar a peça. - PERFIL Foi escolhido o perfil laminado U 254,0 x 29,76, que apresenta as seguintes
características geométricas: - d = 254,0 mm - b = 69 57 mm 114
- rx = 9,31 cm - Peso próprio = 29,76 kg/m O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
114/171
- DIMENSIONAMENTO A FLEXO-COMPRESSÃO 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- FLAMBAGEM LOCAL b t b t
mesa = alma =
69,57 − 9,63 11,10
= 5,4 < 7 ⇒ indica classe 1.
254,0 − (2.11,10) 9,63
= 24,07 < 36 ⇒ indica classe 1.
Sendo o perfil U, não pode ser considerado classe 1, porém, é um perfil compacto, não haverá flambagem local. - ESBELTEZ DA PEÇA λ
=
k .l r y
=
1,0.260 1,76
= 147,72 < 200 ⇒ a peça não é esbelta.
_
λ
= λ π
Q. f y E
=
147,72 3,1415
1.345 205000
= 1,93
_
Tendo o valor de λ , obtém-se o valor de ρ na tabela fornecida pela NBR8800/86. ρ = 0,243
- RESISTÊNCIA DE CÁLCULO A resistência de cálculo é dada multiplicando-se a resistência nominal por um
115
- Resistência de Cálculo (NR) a compressão: NR = φ . Nn NR = 0,9 . 317,73 = 285,95 kN http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
- Resistência Nominal (Mn) a flexão:
115/171
Mn = Wx . f y Mn = 259 . 34,5 = 8935,5kN.cm
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- Resistência de Cálculo (MR) a flexão: MR = φ . Mn MR = 0,9 . 8935,5 = 8041,95 kN.cm Sendo, Md = 237,2 kN.cm MR > Md ⇒ OK! - CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, a h
=
2600 254,0 − (2.11,10)
= 11,21 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é λ =
h t w
=
254,0 − (2.11,10) 9,63
= 24,07
O
λ
λ
116
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado,
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
116/171
Aw = d . tw = (254,0 − 2.11,10).9,63 = 2232,23 mm² ⇒ 22,32 cm² 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Vn = Vpl =0,6 . 22,32 . 34,5 = 462,02 kN A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn VR = 0,9 . 462,02 = 415,82 kN Sendo, Vd = 3,65 kN VR > Vd ⇒ OK!
8.3.3 Viga 3
- Comprimento l = 2,4 m
-ÁREA DE INFLUÊNCIA A viga 3 recebe metade da carga do patamar, que possui 1,5 metros de largura. Porém, esta viga ainda recebe cargas provindas das vigas 2 de dois patamares. Estas cargas são perpendiculares ao eixo principal da peça e tem a á f ó 117
qmadeira =
0,4 kN/m². 0,75 m = 0,3 kN/m
q SC = 3,0 kN/m² . 0,75m =
2,25 kN/m.
Fazendo a majoração das cargas como recomenda a NBR-8800/86, tem-se a envoltória de cálculo, que vale:
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
117/171
Sd = (1,3.0,35) + (1,4.0,3) + (1,4.2,25) 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Sd = 4,03
kN/m
Figura 37: Viga 3
- MOMENTO FLETOR O valor do momento fletor máximo para uma viga simplesmente apoiada com carregamento uniformemente distribuído é dado pela expressão: M q
q.l
=
8
2
Então, M d q
=
M d q
=
4,03.2,4 2 8 2,9016
kN.m ⇒ 290,16 kN.cm
118
Então: p = 2 . 4,303 = 8,606 kN Logo; http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
M d p
=
8,606.2,40
= 5,1636 kN.m ⇒ 516,36 kN.cm
118/171
p
4
Para a obtenção do momento fletor máximo deve-se somar os momentos. Então:
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
=
+
M máx
M q
M máx =
290,16 + 516,36
M máx
M p
= 806,52 kN.cm
Figura 38: Diagrama de momento fletor da viga 3
- ESFORÇO CORTANTE O esforço cortante máximo se dá junto aos apoios e tem o mesmo valor das rações de apoio, então: V =
V d
(q.l) + p
=
2 (4,03.2,4) + 8,606 2
119
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
119/171
Figura 39: Diagrama de esforço cortante da viga 3 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Com os resultados acima pode-se dimensionar a peça.
- PERFIL Foi escolhido o perfil laminado U 101 x 7,95 que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 101,60 mm - b = 40,10 mm - tf = 7,52 mm - tw = 4,57 mm - A = 10,10 cm² - Wx = 31,40 cm - ry = 1,14 cm - Ix = 159,50 cm - rx = 3,97 cm - Peso próprio = 7,95 kg/m O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm²
120
b t
alma =
101,60 − (2.7,52) 4,57
= 18,94 < 36 ⇒ indica classe 1.
Sendo o perfil U, não pode ser considerado classe 1, porém, é um perfil compacto, não haverá flambagem local.
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
120/171
- Resistência Nominal (Mn) a flexão: Mn = Wx . f y M = 31,40 . 34,5 = 1083,3 kN.cm
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
n
- Resistência de Cálculo (MR) a flexão: MR = φ . Mn MR = 0,9 . 1083,3= 974,97 kN.cm Sendo, Md = 806,52 kN.cm MR > Md ⇒ OK! - CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, a h
=
2400 101,60 − (2.7,52)
= 27,72 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é λ =
h t w
=
101,60 − (2.7,52) 4,57
= 18,94
Os limites para comparação são λ e λ
121
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado,
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
121/171
Aw = d . tw = (101,60 − 2.7,52).4,57 = 395,58 mm² ⇒ 3,95 cm² Vn = Vpl =0,6 . 3,95 . 34,5 = 81,76 kN
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn VR = 0,9 . 81,76 = 73,58 kN
Sendo, Vd = 9,14 kN VR > Vd ⇒ OK!
8.3.4 Viga 5
A viga 5 foi tratada como pórtico, pelo fato de a geometria da escada necessitar de uma peça composta de duas partes horizontais em planos distintos ligadas por uma peça inclinada. A ligação entre essas peças deve ser do tipo engaste, caso contrário, a estrutura resultaria instável. - Comprimento
122
-ÁREA DE INFLUÊNCIA A viga 5 recebe metade da carga do lance, que possui 1,20 metros de largura, e metade da carga dos patamares em seus trechos horizontais, então, tem-se carregamentos diferentes nos trechos:
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
122/171
- Trecho Inclinado
5/16/2018
q pp =
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
35,0 kg/m ⇒ 0,35 kN/m
qmadeira =
0,4 kN/m². 0,60 m = 0,24 kN/m q SC = 3,0 kN/m² . 0,60m = 1,80 kN/m. - Trecho Horizontal (patamar) q pp =
35,0 kg/m ⇒ 0,35 kN/m
qmadeira =
0,4 kN/m². 0,75 m = 0,3 kN/m q SC = 3,0 kN/m² . 0,75m = 2,25 kN/m. Fazendo-se a majoração das cargas como recomenda a NBR-8800/86, temse a envoltória de cálculo: - Trecho Inclinado Sd = (1,3.0,35) + (1,4.0,24) + (1,4.1,80) Sd = 3,31
kN/m
Por estar inclinada em relação à horizontal deve-se decompor a força atuante nas coordenadas X e Y. Então:
123
Deve-se estar atento que a viga 3 se apóia sobre a viga 5, surgindo então duas cargas concentradas, de mesmo valor da reação de apoio da viga 3, que vale 9,14 kN. http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
123/171
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 40: Viga 5
Utilizando as equações da estática obtem-se as reações de apoio, que valem: - Apoio 1 R y =
19,1 kN
R x =0,0
kN
- Apoio 2 R y = 19,1 kN
124
- MOMENTO FLETOR Pelo método das seções obteve-se o valor do momento máximo, que ocorreu no meio do vão da peça inclinada. http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
M =
26,4 kN.m
124/171
M =2640,0
kN.cm
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 41: Diagrama de momento fletor da viga 5.
- ESFORÇO NORMAL O esforço normal ocorre somente na peça inclinada, e é provocado pela componente paralela ao eixo principal da peça, e vale:
125
N = 2,280
kN
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
125/171
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 42: Diagrama de esforço normal da viga 5
- ESFORÇO CORTANTE O esforço cortante máximo ocorre junto aos apoios, e tem o mesmo valor das reações, então:
V = R1, 2 V = 19,1 kN
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
126
126/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 43: Diagrama de esforço cortante da viga 5
Com os resultados acima pode-se dimensionar a peça. - PERFIL Foi escolhido o perfil laminado U 254,0 x 29,76, que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 254,0 mm - b = 69,57 mm - tf = 11,10 mm - t = 9,63 mm w - A = 37,90 cm² - Wx = 259,0 cm³
127 - DIMENSIONAMENTO A FLEXÃO - FLAMBAGEM LOCAL b t
mesa =
69,57 − 9,63 11,10
= 5,4 < 7 ⇒ indica classe 1.
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
b
alma =
254,0 − (2.11,10)
= 24,07 < 36 ⇒ indica classe 1.
127/171
9,63
t 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Sendo o perfil U, não pode ser considerado classe 1, porém, é um perfil compacto, não haverá flambagem local. - ESBELTEZ DA PEÇA λ _
λ
= =
k .l r y
=
1,0.260 1,76
= 147,72 < 200 ⇒ a peça não é esbelta.
λ Q. f y 147,72 1.345 = = 1,93 π E 3,1415 205000
_
Tendo o valor de λ , obtém-se o valor de ρ na tabela fornecida pela NBR8800/86. ρ =
0,243
- RESISTÊNCIA DE CÁLCULO A resistência de cálculo é dada multiplicando-se a resistência nominal por um coeficiente de minoração ( φ ), que vale 0,9. - Resistência Nominal (Mn) a flexão: Mn = Wx . f y
128 Md = 237,2 kN.cm MR > Md ⇒ OK!
- CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento.
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
128/171
Não havendo enrijecedores entre os apoios, a = l . Então, 5/16/2018
a h
=
2600 254,0 − (2.11,10)
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
= 11,21 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é h 254,0 − (2.11,10) λ = = = 24,07 9,63
t w
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
λ r
= 1,49
k . E f y k . E f y
= 1,08
5,34.205000
= 1,49
5,34.205000
345
345
= 60,84 = 83,93
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (254,0 − 2.11,10).9,63 = 2232,23 mm² ⇒ 22,32 cm² V
V
0 6 22 32 34 5 462 02 kN
129 Vd = 19,1 kN VR > Vd ⇒ OK!
8.3.5 Tirantes http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
129/171
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Como alternativa ao uso de pilares na escada interna, adotou-se tirantes. Os tirantes, por serem finos, apresentam a vantagem de ter baixo peso linear e deixar
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
uma aparência mais limpa, além de ocupar menor espaço. -ÁREA DE INFLUÊNCIA Os tirantes recebem a carga das vigas 1 e 5, então: T = R1 + R5 T = 4,836+19,1 kN T = 23,94 kN Não se faz necessário a majoração das cargas como recomenda a NBR8800/86, pois esses valores já foram majorados em etapas anteriores. - ESFORÇO NORMAL O esforço normal é provocado pelas reações das vigas que são suportadas pelos tirantes. Então o esforço normal vale: N = R1 + R5 N = N =
8 3 5 1 Di
4,836+19,1 kN 23,94 kN i
t
130 - Ag =1,27 cm² Onde; di = diâmetro da barra Ag = Área bruta O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² .
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
130/171
- TRAÇÃO A resistência nominal de peças de aço submetidas à tração é dada por: Nn = Ag . f y Nn = 1,27 . 34,5 = 43,82 kN
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
onde: Ag = área bruta da seção f y = tensão de escoamento do aço. A resistência de cálculo é obtida multiplicando-se a resistência nominal por um coeficiente minoração da resistência ( φ ), que vale 0,90. NR = φ . Nn NR =0,90. 43,82 = 39,43 kN NR > Nd ⇒ OK! Há ainda mais uma verificação a se fazer, que representa o estado limite de ruína, e seu valor é dado por: Nn = An . f u Nn = 1,27 . 48,5 = 61,60 kN onde: An = área líquida efetiva da barra;
131 Sendo; Nd = 23,94 kN NR > Nd ⇒ OK!
8.3.6 Viga c http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
131/171
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8.3.6.1 Carregamentos
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
A viga c está carregada perpendicularmente ao seu eixo principal provenientes do peso próprio e do peso da laje. - HIPÓTESE : Peso Próprio + Sobrecarga Sd =
n
∑ (γ G ) + γ Q + ∑ (γ ψ Q ) g
q1
1
qj
j
j
j = 2
Sd = 1,3.30 + 1,4.[(80.0,8) + (50 x0,8) + (150.0,8)] + 1,5.(500.0,8) =952,6 kgf/m Sd =9,256 kN/m Sendo uma viga bi-apoiada, com comprimento de 5,2m, tem-se então os esforços seccionais máximos apresentados abaixo: - Nd = 0 kN - Vd = 24,06 kN - Md = 3128,5 kN.cm
8.3.6.2 Dimensionamento
F i
lhid
fil l
i d VS 200
25
t
i t 132
- A = 31,4 cm² - Zx = 256 cm³ - rx = 8,57cm - Zy = 69,4 cm³ - ry = 2,95 cm http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
132/171
O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² . 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- FLAMBAGEM LOCAL b t b t
mesa = alma =
(120.0,5) − 4,75 9,5
200 − (2.9,5) 4,75
= 5,82 < 7 ⇒ indica classe 1.
= 38,11 > 36 ⇒ indica classe 2.
- MOMENTO RESISTENTE Para resistir aos esforços solicitantes a equação deverá ser verdadeira, Md ≤ MR = φ . Mn A resistência nominal do perfil escolhido é: Mn = Zx . f y Mn =256. 34,5 = 8832 kN.cm Por fim, temos a resistência de cálculo multiplicando o valor de Mn pelo coeficiente minorador de resistência ( φ ). MR = φ . Mn MR = 0,9 . 8832= 7948,8 kN.cm
133
- CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a =L. Então, a h
=
5200 200 − (2.9,5)
= 28,7 > 3 ⇒ k = 5,34
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
133/171
O índice de esbeltez da alma é h 200 − (2.9,5) λ = t w = 4,75 = 38,10
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
k . E f y
= 1,08
f y
345
= 60,84
5,34.205000
k . E
λ r = 1,49
5,34.205000
= 1,49
345
= 83,93
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (200 − 2.9,5).4,75 = 8,59 cm² Vn = Vpl =0,6 . 5,59 . 34,5 = 115,71 kN A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn V
0 9 115 71 104 14 kN
134
8.3.7 Viga D
8.3.7.1 Carregamentos http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
A viga D está carregada pelo patamar da escada, pelos tirantes da escada
134/171
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nela fixados, pelo carregamento proveniente da viga C, viga 6 e viga 5 e também pelo peso próprio.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 44: Viga D
Sendo uma viga bi-apoiada, com comprimento de 4m, tem-se então os esforços seccionais máximos apresentados abaixo, conforme diagramas:
Fig
45 Di g
d
f
t
t d
ig D
135
http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
Figura 46: Diagrama de momento fletor da viga D
135/171
- Md = 5710 kN.cm
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
8.3.7.2 Dimensionamento
Foi escolhido o perfil laminado VS 200 x 25 que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 200 mm - b = 120 mm - tf = 9,5 mm - tw = 4,75 mm - A = 31,4 cm² - Zx = 256 cm³ - rx = 8,57cm - Zy = 69,4 cm³ - ry = 2,95 cm
O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² . - FLAMBAGEM LOCAL
136 - MOMENTO RESISTENTE Para resistir aos esforços solicitantes a equação deverá ser verdadeira, Md ≤ MR = φ . Mn A resistência nominal do perfil escolhido é : Mn = Zx . f y M =256. 34,5 = 8832 kN.cm
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Mn 256. 34,5
8832 kN.cm
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Por fim, tem-se a resistência de cálculo multiplicando o valor de M n pelo coeficiente minorador de resistência ( φ ). MR = φ . Mn MR = 0,9 . 8832= 7948,8 kN.cm Sendo, Md = 5710 kN.cm, Md < MR ⇒ OK! - CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a =L. Então, a h
=
5200 200 − (2.9,5)
= 28,7 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é λ =
h t w
=
200 − (2.9,5) 4,75
= 38,10
137 Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde Aw é a área da alma do perfil Sendo o perfil laminado, Aw = d . tw = (200 − 2.9,5).4,75 = 8,59 cm²
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Vn = Vpl =0,6 . 8,59 . 34,5 = 177,8 kN 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
A resistência de cálculo é dada por, VR = φ . Vn VR = 0,9 . 177,8 = 106,68 kN Sendo, Vd = 56,1 kN VR > Vd ⇒ OK!
138
8.3.8 Viga principal B
8.3.8.1 Carregamentos
A viga principal B está carregada pelo patamar da escada, pelo tirante da
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escada nela fixado, pelo carregamento proveniente da viga D, pela laje e também pelo peso próprio.
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 47: Viga principal B
Sendo uma viga bi-apoiada, com comprimento de 10,7m, tem-se então os esforços seccionais máximos apresentados abaixo, conforme diagramas:
139 - Vd = 281,3 kN
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 49: Diagrama de momento fletor da viga principal B
- Md = 660,6 kN.cm
8.3.8.2 Dimensionamento
Como estes carregamentos são inferiores ao da viga principal, pode-se adotar o mesmo perfil (CVS 450x130) sem a necessidade de refazer os cálculos, visto que esta viga é menos carregada que as demais.
140
8.3.9 Viga principal C
8.3.9.1 Carregamentos
A viga principal C está carregada pelas lajes, e pela carga proveniente da viga D além do peso próprio.
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 50: Viga principal C
Sendo uma viga bi-apoiada, com comprimento de 10,7m, tem-se então os esforços seccionais máximos apresentados abaixo, conforme diagramas:
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141
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Figura 52: Diagrama de momento fletor da viga principal C 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- Md = 810,0 kN.cm
8.3.9.2 Dimensionamento
Como estes carregamentos são inferiores ao da viga principal, podemos adotar o mesmo perfil (CVS 450x130) sem refazer os cálculos.
8.3.10 Viga secundaria B
8.3.10.1
Carregamentos
A viga secundária está carregada com cargas perpendiculares ao seu eixo principal provenientes do peso próprio, do peso da parede de cobertura do tirante da escada e do apoio da viga C.
142
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Figura 53: Viga secundaria B
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Sendo uma viga bi-apoiada tem-se então os esforços seccionais máximos apresentados abaixo:
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Figura 54: Diagrama de esforço cortante da viga secundaria B
- Vd = 120,9 kN
Figura 55 Diagrama de momento fletor da viga secundaria B 5
8.3.10.2
143 Dimensionamento
Foi escolhido o perfil CVS 300 x 57 que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 300 mm - b = 200 mm - t = 12,5 mm
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143/171
tf 12,5 mm - tw = 8,0 mm
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- A = 72,0 cm² - Zx = 870,0 cm³ - rx = 12,8 cm - Zy = 254,4 cm³ - ry = 4,81 cm O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm² . - FLAMBAGEM LOCAL b
mesa =
t b t
alma =
(200.0,5) − 8,0
12,5 300 − (2.12,5) 8,0
= 7,36 > 7 ⇒ indica classe 2.
= 34,38 < 36 ⇒ indica classe 1.
- MOMENTO RESISTENTE Para resistir aos esforços solicitantes a equação deverá ser verdadeira, Md ≤ MR = φ . Mn
144 MR = φ . Mn MR = 0,9 . 30015,0= 27013,5 kN.cm Sendo, Md = 17740,0 kN.cm, Md < MR ⇒ OK!
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- CISALHAMENTO O máximo valor do esforço de cisalhamento se dá no meio da alma e próximo do apoio do elemento. Não havendo enrijecedores entre os apoios, a =L. Então,
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a h
=
4000 300 − (2.12,5)
= 14,5 > 3 ⇒ k = 5,34
O índice de esbeltez da alma é h 300 − (2.12,5) λ = = = 34,38 8,0
t w
Os limites para comparação são λ p e λ r . λ p
= 1,08
k . E f
= 1,08
5,34.205000
= 1,49
5,34.205000
345
= 60,84
y
λ r = 1,49
k . E f y
345
= 83,93
Sendo λ < λ p , a resistência nominal é da por: Vn = Vpl =0,6 . Aw . f y Onde A é a área da alma do perfil
145 VR = φ . Vn VR = 0,9 . 455,4 = 409,86 kN Sendo, Vd = 120,9 kN VR > Vd ⇒ OK!
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
9
146 LIGAÇÕES
Apresenta-se neste capítulo as memórias de cálculo das ligações soldadas. De acordo com a NBR-8800/86, os elementos de ligação devem ser dimensionados de forma que as suas resistências de cálculo, correspondentes aos estados limites em consideração, sejam maiores que as solicitações de cálculo. A NBR-8800/86 determina ainda, que a resistência das soldas de filete a partir
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da simplificação de que todas as solicitações se comportem como cisalhamento, 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
independentemente da direção que atuam no filete, isto é, a resistência é dada pela área efetiva multiplicada pela tensão de escoamento no cisalhamento. Isto é valido, pois, é constatado que o cisalhamento puro é o estado mais crítico sob o ponto de vista da resistência ao escoamento. Deve-se levar em consideração também as espessuras das peças a serem soldadas. As tabelas apresentadas na NBR-8800/86 relacionam essas dimensões. Neste trabalho optou-se pela solda do tipo filete. Para as soldas de filete são feitas as seguintes definições: • face de fusão: região da superfície original do metal base onde ocorreu a fusão do metal base e do metal da solda; • raiz da solda: linha comum às duas faces de fusão; • perna do filete: menor dos lados do cordão de solda, medidos nas faces de fusão, do maior triângulo inscrito dentro da seção transversal da solda. O eletrodo a ser usado deve ser compatível com o metal base. Por isto foi considerado o eletrodo E-70XX, com resistência à ruptura a tração de 48,5 kN/cm². Também foram usadas neste trabalho as tabelas de dimensionamento de ligações apresentadas no manual “Ligações em Estruturas Metálicas” da serie “Manual da Construção em Aço” do Instituto Brasileiro de Siderurgia.
147 Tabela 5: Dimensões nominais mínimas de soldagem DIMENSÕES NOMINAIS MÍNIMAS DE SOLDAGEM Maior espessura do metal base na junta abaixo de 6,35mm e até 6,35mm acima de 6,35mm até 12,5mm acima de 12,5 até 19,0mm acima de 19,0mm
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Dimensão nominal mínima da solda de filete(mm) 3 5 6 8
147/171
Fonte: NBR-8800/86. 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Tabela 6: Dimensões nominais máximas de soldagem DIMENSÕES NOMINAIS MÁXIMAS DE SOLDAGEM Ao longo de bordas de material com Dimensão nominal máxima espessura inferior a 6,35mm Não mais do que a espessura do material Não mais do que a espessura do igual ou superior a 6,35 material subtraída de 1,5mm, exceto se houver especificação no projeto Fonte: NBR-8800/86.
9.1 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS PRINCIPAIS E PILARES
As vigas foram ligadas aos pilares através de rotulas. Uma maneira possível é através de cantoneiras fixadas no centro da viga mantendo a viga a um espaçamento mínimo de 10mm do pilar. Esta cantoneira sofre deformação plástica trabalhando como um rotula. A tabela 1.9 da apostila “Ligações em Estruturas
148 Tabela 7: Ligações de vigas de duas cantoneiras de extremidades soldadas
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Fonte: Manual da construção do aço – Autor:Instituto Brasileiro de Siderurgia (2004)
149 - Esforços: Nd = 9,7 kN Vd = 320,5 kN Md = 0 kN.m - Viga: d = 450 mm Fy = 345 Mpa
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tw = 12,5 mm 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Observando-se a tabela pode-se buscar a cantoneira mais econômica para o caso: Solda tipo E70xx para um tw mínimo = 8,3mm < tw=12,5mm Perna do filete de solda a = 5mm
ok!
Carga máxima fatorada de 590 kN > 320,5 kN Temos então: L = 280mm b = 63,5 mm e = 6,40 mm m = 6,10 kg/m
ok!
9.2 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS SECUNDÁRIAS E PILARES
As ligações entre as vigas secundárias e os pilares são rotuladas, sendo que a ligação deve ser dimensionada de forma a trabalhar suportando somente esforços cortantes e permitindo certo grau de rotação da viga ( apoio semi-rígido).
150 - Esforços: Nd = 0 kN Vd = 71,7 kN - Viga: d = 200 mm Fy = 345 Mpa tw = 5,6 mm
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tf = 8,0 mm 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
9.2.1.1 Condição da verificação 01 (metal solda)
Sendo a espessura da alma do perfil da viga igual a 5,6 mm, a perna de solda terá 3,0mm de comprimento. Logo; Sw = 0,7 . p Sw = 0,7 . 3 Sw = 2,1 mm RRW ≥ Vd φ ⋅ Sw ⋅ (0,6 ⋅ fw) ≥
71,7 kN
0,75 ⋅ (0,21 ⋅ L).(0,6 ⋅ 48,5) ≥
71,7 kN
Lmín = 15,65 cm
9 2 1 2 Condição da verificação 02 (metal base)
151
9.3 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS DE COBERTURA E PILARES
A ligação entre essas peças é do tipo engaste. As ligações entre as vigas de cobertura e os pilares são feitas unindo-se o perfil dos pilares com as faces dos perfis das vigas, juntamente com uma chapa de ligação, a fim de se obter um melhor encaixe e garantir uma boa solda. Tendo-se a
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espessura da alma da viga igual a 6,3 mm, como a mais fina, tem-se o comprimento 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
“d” da perna da solda igual a 6,0 mm.
9.3.1 Verificação das condições de solda
Como a solda deve suportar esforços normais, cortantes e momentos, calcula-se a solicitação máxima na mesa do perfil somando as tensões, assim: - Parcela do esforço Normal: Pd =
Pd = Pd =
N d
2
13,3 2
6,65 kN
- Parcela do esforço Cisalhante: Qd
= V d
Qd =
12,9 kN
152 F d
= 145,3 kN
Somando os esforços teremos como solicitação de cálculo: Sd = Pd + Qd + Fd Sd = 6,65 + 12,9 + 145,3 Sd = 164,85 kN
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9.3.1.1 Condição da verificação 01 (metal solda)
152/171
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
RRW ≥ Sd φ ⋅ Sw ⋅ (0,6 ⋅ fw) ≥ 164,5 kN 0,75 ⋅ (0,42 ⋅ L).(0,6 ⋅ 48,5) ≥ 164,5
kN
Lmín = 17,95 cm
9.3.1.2 Condição da verificação 02 (metal base)
RRMB ≥ Sd 0,90 ⋅ Amb ⋅ (0,6 ⋅ fy ) ≥ Sd 0,90 ⋅ (0,6.L) ⋅ (0,6 ⋅ 34,5) ≥ 164,5
kN
Lmín = 14,72 cm
9 4 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS EM BALANÇO E PILARES
153 - Nd = 0,0 kN - Vd = 71,7 kN - Md = 5740,0 kN.cm
9.4.1 Verificação das condições de solda
Por ter que suportar, além de esforços cisalhantes, momento, tem-se como
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solicitação de cálculo a soma de tensões na mesa do perfil, assim: 5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
- Parcela do esforço Cisalhante: Qd = V d Qd =71,7
kN
- Parcela devido ao Momento: d
F d
= M
F d
=
F d
= 299,74 kN
Z
5740 19,15
Somando os esforços tem-se como solicitação de cálculo: Sd = Qd + Fd Sd = 71,7 + 299,74 Sd = 371,44 kN
9.4.1.1 Condição da verificação 01 (metal solda)
154
9.4.1.2 Condição da verificação 02 (metal base)
RRMB ≥ Sd 0,90 ⋅ Amb ⋅ (0,6 ⋅ fy ) ≥ Sd 0,90 ⋅ (0,5.L) ⋅ (0,6 ⋅ 34,5) ≥ 371,44
kN
Lmín = 39,87 cm http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
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9.5 LIGAÇÕES ENTRE VIGAS DA COBERTURA
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
As ligações entre as vigas da cobertura são feitas unindo-se as faces dos perfis das vigas. Para o dimensionamento da solda, foi usado o mesmo cálculo da ligação entre esta viga e o pilar, visto que os esforços atuantes são os mesmos. Tem-se a espessura da alma da viga igual à 6,3 mm, como a mais fina, temse o comprimento “d” da perna da solda igual à 6,0 mm.
9.5.1 Verificação das condições de solda
Por ter que suportar, além de esforços normais e cisalhantes, momento, temse como solicitação de cálculo a soma de tensões na mesa do perfil, assim:
- Parcela do esforço Normal:
155 Qd
= V d
Qd =
12,9 kN
- Parcela devido ao Momento: F d
=
F d
=
M d Z
2790
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19,2
155/171
F d
= 145,3 kN
5/16/2018
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
Somando-se os esforços teremos como solicitação de cálculo: Sd = Pd + Qd + Fd Sd = 6,65 + 12,9 + 145,3 Sd = 164,85 kN
9.5.1.1 Condição da verificação 01 (metal solda)
RRW ≥ Sd φ ⋅ Sw ⋅ (0,6 ⋅ fw) ≥ 164,5 kN 0,75 ⋅ (0,42 ⋅ L).(0,6 ⋅ 48,5) ≥ 164,5
kN
Lmín = 17,95 cm
9.5.1.2 Condição da verificação 02 (metal base)
156
9.6 LIGAÇÃO ENTRE TIRANTE DE CONTRAVENTAMENTO E ESTRUTURA
As ligações entre os tirantes de contraventamento e a estrutura são feitas unindo-se as faces dos tirantes às barras chatas que são soldadas à estrutura. Tendo-se a espessura das mesas dos pilares igual à 16,0 mm e a espessura das barras chatas igual à 5,89 mm, tem-se o comprimento “d” da perna da solda igual à 3 mm.
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156/171
O tirante está submetido somente a esforço axial: N d = 44,87 kN
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DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
9.6.1 Chapa de ligação
A chapa de ligação entre o tirante e o pilar deve ter área mínima que resista ao esforço normal: Fy =
qd A
44,87 A = 34,5
= 1,3
cm²
Usou-se então, uma cantoneira com aba de 25,4x1,19. b = 25,4mm e = 3,2 mm m = 1,51 kg/m
157
9.6.2 Verificação das condições de solda
9.6.2.1 Condição da verificação 01 (metal solda)
RRW ≥ Nd http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
φ ⋅ Sw ⋅ (0,6 ⋅ fw) ≥
44,87 kN
157/171
⋅
⋅L
0,75 (0,21
5/16/2018
⋅
≥
).(0,6 48,5)
Lmín = 9,8 cm
44,87 kN
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO EM ESTRUTURA METÁLICA[1] - slide pdf.c om
9.6.2.2 Condição da verificação 02 (metal base)
RRMB ≥ Nd 0,90 ⋅ Amb ⋅ (0,6 ⋅ fy ) ≥
Nd
0,90 ⋅ (0,3.L) ⋅ (0,6 ⋅ 34,5) ≥
44,87 kN
Lmín = 8,0 cm
158
10 INTERFACE AÇO-CONCRETO
Este capítulo apresenta os procedimentos adotados para se realizar o dimensionamento dos chumbadores e das placas de base localizados entre os pilares e os blocos de fundação da estrutura. O cálculo do dimensionamento dos chumbadores e das placas é feito a partir dos esforços máximos encontrados nas bases dos pilares. Também se leva em conta para o cálculo, as dimensões dos pilares.
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O perfil do pilar é o CS 250 x 79 que apresenta as seguintes características geométricas: - d = 250mm - b = 250 mm - tf = 16 mm - tw = 8 mm - A = 97,4 cm² - Zy = 503,5 cm³ - ry = 6,54 cm
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O aço do perfil é o A 588 com f y = 34,5 kgf/cm². Os seguintes esforços foram usados no dimensionamento: Tabela 8: valores dos esforços na base do pilar (cargas em kN e kN.m) CARREGAMENTO NORMAL CORTANTE MOMENTO
.Hipotese pp+sc 426,9 8,4 28,3
Hipótese pp+vento 314,5 4,5 23,1
159
Com estas determinações é possível conhecer os limites de escoamento e de ruptura para o aço SAE 1020.
Tabela 9: Limites do aço SAE 1020 aço Fy (kN/cm²) Fu (kN/cm²) SAE 1020 24,0 38,7 http://slide pdf.c om/re a de r/full/dime nsiona me nto-de -ga lpa o-e m-e str utura -meta lic a 1
De onde tiramos:
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Fv=0,2.Fu=7,74 kN/cm² e Ft=0,38.Fu=14,7kN/cm²
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O bloco de fundação e a própria fundação deveram ser calculadas, conforme dito no capitulo 3. Admite-se, portanto, que este tenha as dimensões necessárias para suportar as cargas e com fck mínimo de 25Mpa.
10.1 DIMENSIONAMENTO
Para facilitar o dimensionamento que depende de interações, foi criada uma planilha do excel . Nesta planilha pode-se inserir os dados de carregamentos e das dimensões do pilar. A partir dela pode-se testar valores para diferentes dimensões e espessuras das placas, diâmetros e números de chumbadores. Através desta planilha pode-se dimensionar também a dimensão mínima da cabeça do bloco de fundação.
160
10.1.1 Cisalhamento puro
O dimensionamento dos chumbadores ao corte procede-se de acordo com as normas do AISC-ASD, onde Fv=0,2Fu, temos, conforme cita Bellei (2006): dc = 0,4 ⋅
H Nc
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onde:
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H: força cortante Nc: numero de chumbadores dc: diâmetro do chumbador
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Dessa forma temos: 8,4
dc
=
0,4 ⋅
2
= 0,8 cm
Devido às dificuldades de reparo nos chumbadores é recomendável acrescentar um sobrediâmetro de 0,3 cm e, além, realizar uma zincagem a fogo na parte externa; dessa forma: dc= 0,8+0,3 = 1,1cm Ou seja, dois chumbadores com diâmetro mínimo de 1,1 cm. Adotou-se quatro chumbadores do tipo CAG e 25 mm, como será demonstrado na seqüência.
10.1.2 Placa submetida à compressão
161 Sendo: - A1= área da placa (cm²) - A2= área do bloco (cm²) Considerando: A2= 2,5 * A1 Resulta:
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=⋅
A2
A1 = 0,55 Fc Fc= 2*f=2*0,55=1,10 kN/cm²
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Sendo: fc =
N A1
A1 =
∴
N fc
=
426,9 1,1
= 388,09 cm²
Para haver espaço na chapa para solda e chumbadores adotou-se: B = 45 cm e C = 45 cm A1ef =2025 cm² Verificando: fcef =
426,9 2025
=
0,21 kN/cm²
< Fc =1,1 kN/cm²
ok
A partir de então pode-se tomar os valores dos parâmetros para cálculo da espessura da base conforme o método prático apresentado por Ildony Belli (2006): m=
C − 0,95 ⋅ d
2
=
45 − 0,95 ⋅ 25 2
= 10,625 cm
162 l= 12,65 cm, então a espessura mínima da placa é: t=
2,13 ⋅ l ⋅
fc Fy
= 2,13 ⋅ 12,25 ⋅
0,21 25
= 2,5 cm
10.1.3 Placa submetida à compressão e momento
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Como os pilares são considerados engastados às suas bases, decorre que as
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chapas estão sujeitas aos momentos de engastamento. Portanto as placas poderão estar submetidas simultaneamente a momento, compressão e esforço cortante. Dessa forma, deve ser executada uma verificação completa que atenda e resista a todos estes esforços. Inicia-se o cálculo procurando o comprimento mínimo da placa base (L), conforme Bellei (2006, pág.32), no livro Interfaces Aço-Concreto, capitulo 2:
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L =
N
N 2 ⋅ B ⋅ fc
+
2 ⋅ B ⋅ fc
2
6 ⋅ M
+
=
B ⋅ fc
426,9
+
2 ⋅ 45 ⋅ 1,1
426,9 2 ⋅ 45 ⋅ 1,1
2
+
6 ⋅ 2830 45 ⋅ 1,1
L= 23 cm Este valor representa o lado C da placa. Calcula-se então, a tensão máxima realizada no concreto, sendo que esta não pode ser maior que a tensão limite a compressão do concreto (Fc): fc max =
N
6 ⋅ M
+
L ⋅ B
2
B ⋅ L
=
426,9
+
6 ⋅ 2830 45 ⋅ 45 2
45 ⋅ 45
=0,39 ≤ FC=1,1 kN/cm²
ok
Verifica-se também a tensão mínima, ou seja, a tração exercida no outro extremo da placa: N
6 M
426 9
6 2830
163
Determina-se agora a posição da linha neutra na placa de base, chamando de c a distância até o lado mais tencionado: c=
fc max⋅ L fc min + fc max
=
0,40 ⋅ 45 − 0,02 + 0, 40
= 42,39 cm
Procura-se agora a pior combinação de cargas considerando as cargas resultantes das envoltórias e as dimensões da placa conforme desenho: Mp =
J ⋅ i 2
+
k ⋅ i 2
=
0,30 ⋅ 10 2
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2
3
2
+
0,09 ⋅ 10 2 3
= 18,29
kN.cm
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Sendo assim, tem-se a espessura da placa: Mp
t = 3,0 ⋅
Fy
18, 29
= 3,0 ⋅
25
= 25,7 mm
Agora procede-se a verificação dos chumbadores para a parte tracionada: e=
L − c
=
45 − 42,4
3
Y = L −
=
3 c
−e =
3
45 −
0,87 cm
42,4 3
− 0,87 =
30 cm
Fazendo a correlação geométrica: a
=
L
c
−
2
=
3
45
−
2
42,4 3
=
8,37cm
Tem-se assim, o esforço total atuante nos chumbadores da zona tracionada: T =
M − N ⋅ a
=
2830 − 426,9 ⋅ 8,37
=
24,78
30
y
164
168kN. Dessa forma, dois chumbadores posicionados na linha de centro de atuação da tração serão suficientes. Fazendo a verificação: Achumbadores = 10,12cm² ft =
fv
=
T
=
24,78 10,12
Ac H
=
8,4 10,12
Ac
=2,45
ok
=0,83
ok
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f
=
2
ft
+ 3⋅
fv
2
=
2,45
2
+ 3 ⋅ 0,83
164/171
2
=
2,84
ok
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Parte-se agora para a especificação da solda: h = d − i = 25 − 10 = 15cm Ws
=
=
Ps
fb =
fv
=
fs
=
bf ⋅ h + ⋅
+
h
2
=
3 ⋅
=
2 h 4 bf M 2830 =
Ws H
130
Ps fb
8, 4
2
+ 3⋅
=
⋅
=
2
=
3 ⋅
450cm²
=
4 25
130cm
6,29 kN/cm²
0,06
fv
15 2
+
2 15
450 =
25 ⋅ 15 +
=
kN/cm² 6,29
2
+ 3 ⋅ 0,06
2
=
6,29kN/cm²
Pela tabela da resistência admissível do filete de solda ao cisalhamento Rs (kN/cm), em função do eletrodo E70 – AISC-ASD – Fv=0,3.Fw; tem-se a seguinte espessura para o filete de solda manual: a = 6 mm E garganta efetiva de: hs = 0,707 * a = 0,707 * 6 = 0,425cm
165
11 CONCLUSÃO
No decorrer da elaboração deste projeto foi possível conhecer a engenharia em um nível além do acadêmico, pois além de requerer conhecimentos obtidos em várias disciplinas do curso de graduação, precisamos obter mais informações e conhecimentos que não foram adquiridos na vida acadêmica. Percebemos que não basta apenas decorar o processo na realização de um projeto, é preciso entendê-lo, raciocinar as possibilidades geradas a partir de cada
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escolha feita durante a elaboração e analisar suas conseqüências, tanto em projeto como na execução da obra propriamente dita. Buscar as soluções mais simples sem que tornasse a estrutura demasiadamente cara ou complexa em sua execução, foram os objetivos seguidos desde o começo. Durante o cálculo dos esforços nos elementos percebemos a influência do balanço em toda a estrutura, que tirou a simetria do pórtico, fazendo com os
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esforços nos elementos fossem diferentes do esperado. Este efeito pode-se ser verificado nas figuras de esforços e deformada do pórtico. Notamos também a diferença de esforços nos elementos devido aos modelos estruturais usados em tentativas de se obter o modelo que fosse menos solicitado pelas ações. Os modelos foram diferenciados pelas ligações, que variaram entre rígidas à rotuladas. Para essas verificações foram usados dois programas: Cypecad e Ftool. O primeiro utiliza modelação 3D e o segundo 2D. Como o pórtico não é complexo estruturalmente o uso do Ftool foi interessante, principalmente pela facilidade. Também é importante salientar que os fatores que mais influem na escolha dos perfis a serem usados são a deformada (flecha) e a flambagem local. A deformada é importante ser respeitada para evitar patologias à construção e a flambagem local, a integridade do elemento e consequentemente de toda estrutura. Para um estudo posterior sugerimos variações no modelo quanto à rigidez
166
fatores que levam um projeto ser bom construtivamente, pois sabemos que a execução em campo deve ser facilitada. Também foi percebido que a inexperiência fez com que o andamento dos estudos fosse prejudicado, porém, com ajuda do orientador e de outros profissionais da área, pôde-se concluí-lo dentro das expectativas.
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12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA
CARQUEJA, Moacir Henrique Andrade. Apostila de estruturas metálicas. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120/80: cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 1980. ______. NBR-6118/03: projeto de estruturas de concreto. Rio de Janeiro, 2001
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______. NBR-6123/88: forcas devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro, 1988.
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______. NBR-8800/86: projeto e execução de estruturas de aço de edifícios. Rio de Janeiro, 2007. BAIÃO, Oswaldo Teixeira filho; SILVA, Antonio Carlos Viana. Ligações para estruturas de aço – guia pratico para estruturas com perfis laminados. São Paulo: Açominas, 2004. BELLEI, Ildony Hélio. Edifícios de múltiplos andares em aço. São Paulo: PINI, 1986. ______. Edifícios industriais em aço - projeto e calculo. 2. ed. São Paulo: PINI,1994. ______. Interfaces aço-concreto. São Paulo: Instituto Brasileiro de Siderurgia / Centro Brasileiro da Construção em Aço, 2006. EDIFÍCIOS de andares multiplos - coletânea técnica uso do aço. Vol. I. 3. ed. São Paulo: Açominas, 1982. ELEMENTOS estruturais e ligações - coletânea técnica uso do aço. Vol. III. São Paulo: Açominas, 1980.
PINHEIRO Antonio C F B Estruturas metálicas cálculos detalhes
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APÊNDICES
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PERFIL
APÊNDICE A Quantitativo do aço a ser utilizado: quantidade Comprimento (m) Peso/ comprimento
Comprimento Peso (kg) total (m)
pilar
CS 250x76
18
8,00
76,00
144,0
10944,0
viga principal
VS 450x130
9
10,30
130,00
92,7
12051,0
viga secundária
IP 180x18,8
15
4,00
18,80
60,0
1128,0
viga secundária B
CVS 300x57
1
1,60
22,40
1,6
35,8
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viga em balanço viga de cobertura
IP 200x22,4 VS 200x27
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5 18
1,60 7,75
22,40 27,00
8,0 139,5
179,2 3766,5
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terças
U 127x50x4,75
8
32,70
7,78
261,6
2035,2
Ch450x450x31,5
22
-
-
-
1101,6
chumbadores
CAG25x825
88
0,85
0,36
74,8
26,9
escada
U 254x69,57
20
variável
29,76
68,9
2050,5
viga C e D
VS 200x25
2
variável
25
9,2
230,0
pilar escada
L 76,2x76,2x4,8
4
variável
5,52
13,3
73,4
1/2”
3
variável
1,0
6,65
6,7
5/8”
16
5,7
1,562
91,2
142,5
TOTAL
33771,3
placa base
tirante escada tirante contraventamento
170
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