Dim Lig Modulo 1

Curso de Dimensionamento de Estruturas de Aço - Ligações em Aço EAD - CBCA Prof. Yopanan C. P. Rebello

Coordenação Geral:

Sidnei Palatnik www.cursoscbca.com.br

Sobre o autor: Yopanan Conrado Pereira Rebello é engenheiro civil pela Universidade Mackenzie (1971), é mestre e doutor pela FAU-USP (1992). Diretor Pedagógico da Ycon Formação Continuada Diretor Técnico da Ycon Engenharia Ltda. E autor de diversos livros, entre eles: “A Concepção Estrutural e a Arquitetura”* “Bases para Projeto Estrutural”* “Estruturas de Aço, Concreto e Madeira”* “Fundações”* *títulos publicados pela Zigurate Editora – São Paulo Colaboradores: Sidnei Palatnik e Marcelo Mello Ficha técnica: Produção: CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço Coordenação Geral: Sidnei Palatnik Projeto Gráfico: Vinicius Zanoni (Hous Mídia Interativa) e Sidnei Palatnik Editoração Eletrônica: Vinicius Zanoni (Hous Mídia Interativa) Ilustrações: Sidnei Palatnik e Marcelo Mello Fotos: Conforme indicado © 2011 INSTITUTO AÇO BRASIL/CENTRO BRASILEIRO DA CONSTRUÇÃO EM AÇO Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida por qualquer meio, sem a prévia autorização desta Entidade. Ficha catalográfica preparada pelo Centro de Informações do IABr/CBCA

Rebello, Yopanan Conrado Pereira

Dimensionamento de Estruturas de Aço: Ligações em Aço / Yopanan Conrado Pereira Rebello – Rio de Janeiro: IABr/CBCA, 2011. (Curso a distância – via Internet) Bibliografia ISBN 1.Estruturas de aço 2.NBR 2 .NBR 8800:2008 3.Estruturas metálicas 4.Dimensionamento de ligações 5.Curso a distância

Capa: Estação Pinheiros - CPTM Foto: Sidnei Palatnik

Av. Rio Branco, 181 / 28º Andar 20040-007 - Rio de Janeiro - RJ e-mail: [email protected] site: www.cbca-iabr.org.br

Sobre esta Apostila O conteúdo desta apostila é parte integrante do curso a distância intitulado: “Dimensionamento de Estruturas de Aço - Ligações em Aço ”, desenvolvido pelo Professor Doutor Engenheiro Yopanan Conrado Pereira Rebello e pelo Arquiteto Sidnei Palatnik, com a colaboração do engenheiro Marcelo Mello, para o CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço - e oferecido no link www.cursoscbca.com.br. Ao prepararmos esta apostila tivemos como único fim oferecer a possibilidade de imprimir o conteúdo escrito do curso, de forma a facilitar sua leitura. Ressaltamos que inúmeros recursos multimídia disponíveis na internet não se aplicam a esta versão. Ela também não incluiu todo o conteúdo disponibilizado no curso, como fóruns de discussão, exercícios, testes e vídeos, bem como o conteúdo desenvolvido pelos alunos durante o curso. Eventuais links para sites, ou outros, apresentados ao longo do texto, só funcionarão se utilizados a partir dos links correspondentes das páginas web, no ambiente de estudo na internet. Da mesma forma, os vídeos assinalados ao longo da apostila somente são disponibilizados através do ambiente de internet do curso. Dependendo do tipo de conexão à internet, banda larga ou não, recomendamos que seja feito o download dos vídeos oferecidos durante o curso para que possam ser visualizados a partir do computador do leitor.

Sumário do Curso

Apresentação

Módulo 1

Critérios para Lançamento de Estruturas de Aço

Módulo 2

Dimensionamento de perfis de chapa dobrada

Módulo 3

Dimensionamento de Vigas a Flexão

Módulo 4

Dimensionamento de pilares mistos

Módulo 5

Ligações em estruturas de aço

Módulo 6

Dimensionamento de apoios

Módulo 7

Estudo de Caso

Dimensionamento de Estruturas de Aço – EAD - CBCA

Apresentação Vídeo 0 – Introdução

assista on-line

Introdução O curso Dimensionamento de Estruturas de Aço - Ligações em Aço corresponde à segunda parte do estudo iniciado no curso Dimensionamento de elementos de estruturas de aço, pré-requisito para este que começaremos a partir de agora. No curso anterior estudamos o dimensionamento de elementos isolados da estrutura metálica, como pilares, vigas, elementos de treliças e outros. Neste, pretendemos abordar o cálculo completo da estrutura de uma pequena edificação, e chegar aos detalhes construtivos, com o estudo das ligações entre os elementos estruturais de aço, principal objetivo deste curso. Além disso, vamos também estudar alguns assuntos que não foram incluídos no curso anterior, tais como os perfis de chapa dobrada e os elementos mistos de aço e concreto. Mas ao pensarmos em uma estrutura completa para um dado projeto arquitetônico, podem surgir diversas possibilidades. Esta etapa é o lançamento da estrutura, tanto no plano vertical como no plano horizontal. E conforme as nossas escolhas para o lançamento da estrutura, ela pode ter grande impacto tanto no projeto de arquitetura, como no custo da obra, dependendo das escolhas feitas e do seu desenvolvimento. Assim sendo, devido a sua importância, vamos começar relembrando alguns conceitos importantes (1). (1) Nota: O material a seguir foi apresentado no curso Dimensionamento de Elementos das Estruturas de Aço, no Módulo 4 - Edificios estruturados em aço parte 5 - Critérios para lançamento da estrutura.

5

Curso de Dimensionamento de Estruturas de Aço - Ligações em Aço EAD - CBCA

Módulo

1

Sumário

Módulo 1 CRITÉRIOS PARA LANÇAMENTO DE ESTRUTURAS DE AÇO Critérios para Lançamento de Estruturas de Aço - Parte 1 página 8

1.

Lançamento de Estrutura página 8

1.1.

Critérios para Lançamento da Estrutura no Plano Horizontal. página 8

Critérios para Lançamento de Estruturas de Aço - Parte 2 página 12

1.2.

Critérios para Lançamento de Estrutura no Plano Vertical página 12

Critérios para Lançamento de Estruturas de Aço - Parte 3 página 14

1.3.

Contraventamentos página 14

1.3.1.

Contraventamento Horizontal página 14

1.3.2.

Contraventamento Vertical página 15


Módulo 1 Critérios Para Lançamento de Estruturas de Aço - Parte 1 Vídeo 1 – Lançamento de Estruturas

assista on-line

1. Lançamento de Estrutura 1.1. Critérios para lançamento da estrutura no plano horizontal. Dá-se o nome de lançamento da estrutura ao procedimento de locar lajes, vigas e pilares de forma a se criar uma estrutura capaz de suportar as cargas do projeto arquitetônico, buscando uma solução que se adapte bem a ele, sem prejudicá-lo esteticamente. Seria sempre desejável que o arquiteto ao projetar já estivesse preocupado com a estrutura resultante da sua concepção, de modo que arquitetura e estrutura se integrem desde o início, sem que uma venha prejudicar a outra. Infelizmente isso nem sempre ocorre, o que, muitas vezes, acarreta a necessidade de a estrutura ter que se adaptar, de maneira forçada, ao projeto arquitetônico, ou, ainda, que este tenha que ceder às necessidades da estrutura prejudicando sua estética ou funcionalidade; sofrendo, em situações extremas, profundas modificações. Não existem regras definitivas e precisas para o lançamento da estrutura. O que será feito aqui é a proposição de alguns critérios que sirvam de ponto de partida. Nem sempre a primeira solução proposta é a melhor. É recomendável que se estudem

O lançamento pode ser iniciado por qualquer nível. Entretanto, a experiência mostra que ao se começar

pelo pavimento intermediário pode-se chegar mais rapidamente à solução mais adequada. Usando o pavimento intermediário tem-se mais domínio sobre como a solução proposta interfere no pavimento inferior e superior. No lançamento da estrutura deve-se evitar a angústia de ter de encontrar a melhor solução. É importante lembrarmos que a melhor solução não existe! O que existe é uma solução muito boa que atenda a determinados parâmetros, pré-estabelecidos, de ordem estética, construtiva e econômica. Essa boa solução surgirá das várias tentativas que se fizer. Para orientar as tentativas serão apresentados nos próximos itens alguns critérios para locação de lajes e vigas. Os primeiros critérios apresentados tratam de locação de vigas, já que a locação da laje está intimamente ligada à locação das vigas.

outras, no mínimo três, para que se possa escolher,

dentre elas, aquela que melhor atenda à interação entre arquitetura e estrutura, tanto do ponto de vista estético, como do técnico e econômico. 1.1.1. É interessante que as vigas sejam locadas de forma que os panos de lajes resultem em tamanhos próximos. Não é conveniente ter panos de lajes muito grandes junto a outros muito pequenos. Lajes com vãos muito diferentes apresentam dois inconvenientes: •

O primeiro é que lajes com vãos muito diferentes têm, para efeito de resistência, necessidade de

•

O segundo inconveniente é que lajes de vão muito diferentes podem provocar comportamento inad -

espessuras muito diferentes; como é interessante, do ponto de vista construtivo, que as lajes de um mesmo pavimento tenham a mesma espessura, adota-se como espessura única a da laje de maior vão, com isso superdimensiona-se, e em muito, as lajes de vãos menores. equado da estrutura, como mostrado na figura 1.

8


Figura 01

Como se pode observar, quando carregadas, a laje de menor vão tende, por influência da laje de vão

maior, a ser submetida apenas a momentos negativos (tração em cima), provocando na viga que apoia a laje menor um carregamento de baixo para cima.

Esta viga torna-se mais um elemento de ancoragem que de apoio. Neste caso a eliminação dessa viga é mais interessante, fazendo com que a laje menor esteja em balanço em relação à maior. Do ponto de vista construtivo, a eliminação da viga facilita a execução das formas.

1.1.2. Sempre que possível, a viga deve ser locada sob uma alvenaria. Como a viga é mais rígida que a laje, devido sua maior espessura, ela sofre menos deformações quando solicitada pela carga da alvenaria, evitando, nesta, trincas indesejáveis. Ver figura 2.

Figura 02 9


Sendo impossível atender este critério, recomendase que a parede, e também, seu revestimento sejam executados mais tarde, quando a laje já tiver sofrido as maiores deformações.

Pode-se prescindir da viga quando a alvenaria estiver locada a menos de 1/4 do vão. Nesta posição as lajes são mais rígidas e os efeitos das deformações sobre a alvenaria podem ser desprezados. Ver figura 3

Figura 03

1.1.3. Sempre que possível as vigas devem ser locadas sobre alvenarias. Pretende-se com isso evitar que as lajes se apoiem sobre as alvenarias, introduzindo esforços não previstos no cálculo. Ver figura 4.

Figura 04 10


Pode-se ver pela figura anterior que usando a viga sobre a alvenaria, define-se ainda na fase de projeto, seu apoio, armando-se a laje de forma adequada. Caso torne-se impossível o uso da viga sobre a alvenaria, recomenda-se que a mesma só seja executada depois da laje ter sofrido as maiores deformações. Quando a alvenaria estiver locada a menos de 1/4 do vão da laje pode-se prescindir do uso da viga. Nesta situação as deformações da laje junto à alvenaria são pequenas e o efeito de apoio é desprezível. 1.1.4. Sempre que o uso de uma viga interferir esteticamente no pavimento inferior, e quando possível, pode-se inverter a viga, isto é, colocar a laje na face inferior da viga. Neste caso deve-se prever reforços na mesa inferior, usando nervuras verticais. Ver figura 5.

Figura 05a e 05b

Figura 05c e 05d 11


Quando a laje apoiar-se a meia altura da alma da viga, deverá ser prevista uma cantoneira soldada na alma da viga, para apoio da laje. Ver figura 6.

Figura 06

Nessas duas últimas situações é óbvio que as lajes não podem colaborar como vigas mistas.

Critérios Para Lançamento de Estruturas de Aço - Parte 2 1.2. Critérios para lançamento de estrutura no plano vertical. Pertencem ao plano vertical da estrutura os pilares e contraventamentos verticais. Enfatizamos que um bom projeto arquitetônico, e consequentemente estrutural de aço deve levar em consideração na determinação do pé direito dos pavimentos a questão de perdas. Por isso é interessante que essas dimensões sejam múltiplas ou submúltiplas dos comprimentos padrões dos perfis, ou seja, de 6 e 12 m. 1.2.1. Nos edifícios comerciais os espaços desejados são bem maiores que aqueles usados para edificações residenciais, o que resulta na necessidade de vãos maiores, enquanto nos edifícios residenciais os espaçamentos econômicos encontram-se entre 4 e 6 m , nos edifícios comerciais são usados vãos maiores. Nos edifícios comerciais os vãos podem ser aqueles impostos pela arquitetura, no entanto, convém ressaltar que vãos acima de 8 m tornam-se mais onerosos. Portanto quando não houver exigências arquitetônicas é

conveniente restringir “os grandes vãos” a esses limites. Em princípio, em qualquer edificação, seria suficiente o uso de apenas um pilar. Não é difícil imaginar que uma solução como esta tornaria a estrutura mais complexa, e muito mais cara. O número de pilares num edifício deve ser dosado de forma que a estrutura seja fácil de ser executada e viável economicamente. 12


Em algumas situações o uso de poucos pilares, em lugar de vantajoso, pode gerar sensações desagradáveis do ponto de vista psicológico. Estudos realizados em saguões de espera mostram a tendência das pessoas se agruparem em torno de pilares. A ausência de um número maior de pilares pode causar

angústia e insegurança. A proposta de se usar o mínimo possível de pilares deve ser muito bem justificada para que se evitem transtornos econômicos, técnicos e até mesmo psicológicos 1.2.2. Os pilares devem ser locados de forma que as vigas resultem com vãos da mesma ordem de grandeza. Diferenças de até 20% de um vão para o outro, são aceitáveis. Deve-se evitar uma situação semelhante à que aparece na figura 7.

Figura 07

Quando a viga é carregada, seu vão maior tende a fazer com que o menor seja solicitado exclusivamente por momentos negativos, provocando reação negativa no apoio extremo do vão menor. O pilar deste apoio acaba atuando mais como tirante que pilar. Numa situação como esta é preferível eliminar o apoio extremo, transformando o vão menor em balanço. Tornando, com isso, a execução mais simples e a estrutura mais econômica. 1.2.3. Sempre que possível, os pilares devem ser locados de forma que se criem balanços que aliviem vãos centrais. A figura 8 mostra as relações mais interessantes entre balanços e vãos centrais.

13


Figura 08

1.2.4. Os pilares devem ser locados de forma que sejam contínuos da fundação à cobertura. Evita-se, com isso, vigas de transição, que encarecem a estrutura. 1.2.5. Sempre que possível os pilares devem ser locados no encontro das vigas. Este é um critério desejável mas não obrigatório, já que vigas podem, sem problema algum, ser apoiadas em outras vigas. O único inconveniente é que, ao se apoiarem em outras, as vigas depositam, nestas, cargas concentradas que tendem a aumentar seus esforços, tornando-as mais caras. 1.2.6. Sempre que possível os pilares devem ser locados de forma que se encontrem em um mesmo eixo, para facilitar a locação em obra. 1.2.7. Outro critério que pode determinar a locação dos pilares é a necessidade do contraventamento vertical da estrutura. Dependendo da altura do edifício e para aumentar sua rigidez, pode ser necessária a execução de pilares com espaçamentos menores.

Critérios Para Lançamento de Estruturas de Aço - Parte 3 1.3. Contraventamentos. 1.3.1. Contraventamento horizontal

Os edifícios metálicos, independente de suas dimensões e devido à sua pouca rigidez, necessitam ser contraventados (travados), tanto no plano horizontal como vertical. As lajes maciças ou pré-moldadas, quando convenientemente ligadas ao vigamento, comportam-se como placas horizontais de grande rigidez que dão adequado travamento ao edifício em seu plano horizontal.

14


Caso a ligação laje-viga não seja a mais adequada, será necessário criar contraventamentos metálicos entre as vigas. Esses contraventamentos devem ser executados na forma de X para que qualquer que seja o sentido do deslocamento as barras funcionem a tração. Para diminuir o peso da estrutura, os perfis que constituem as barras dos contraventamentos devem ser barras redondas ou cantoneiras. 1.3.2. Contraventamento vertical

O contraventamento vertical representa, muitas vezes, um elemento de difícil adaptação à arquitetura. Por isso é necessário ser previsto na concepção do projeto arquitetônico, quando se pode, inclusive, usá-lo como elemento estético. Constituem-se elementos possíveis de serem usados como contraventamento vertical: • • • •

paredes de alvenaria paredes de concreto aporticamento entre pilares e vigas X metálico

Para um adequado enrijecimento da estrutura metálica são necessários no mínimo três planos de con-

traventamentos verticais, não sendo permitido contraventamentos concorrentes em um mesmo vértice. (figura 9).

Figura 09 15


Em princípio as vedações em alvenarias poderiam fazer o papel de contraventamento vertical. Mas isso deve ser evitado por duas razões: dependendo dos vãos a tendência de deslocamentos na es trutura são maiores, aplicando maiores esforços às paredes, podendo causar-lhes danos. Segundo, as alvenarias podem ser removidas durante reformas; neste caso, a eliminação do contraventamento, pode trazer prejuízos para o comportamento global da estrutura. Quando se usar contraventamento com paredes deve-se dar preferência a paredes mais definitivas, como as de concreto de caixas de escada ou outras previstas pela arquitetura.

As paredes de concreto, quando fizerem parte da proposta arquitetônica, são uma solução de contraventamento bastante eficiente.

Foto 1 – Estação Pinheiros – Contraventamento horizontal. Fonte: Sidnei Palatnik

Foto 2 – Contraventamento horizontal. Fonte: Sidnei Palatnik

Foto 3 – Contraventamento horizontal e vertical. Fonte: Sidnei Palatnik

Foto 4 - Contraventamento horizontal e vertical. Fonte: CBCA

1616


Foto 5 – Contraventamento vertical. Fonte: CBCA

Foto 6 – Contraventamento vertical. Fonte: CBCA

Foto 7 – Contraventamento vertical. Fonte: Sidnei Palatnik

Foto 8 - Contraventamento vertical. Fonte: CBCA


Foto 10 - Contraventamento vertical. Fonte: Sidnei Palatnik

17





Foto 13 – Contraventamento vertical. Fonte: Sidnei Palatnik Foto 15 - Contraventamento vertical. Fonte: Sidnei Palatnik

18


Foto 16 – Detalhe de ligação em contraventamento vertical. Fonte: Sidnei Palatnik

Foto 17 – Contraventamento vertical incorporado ao partido arquitetônico. Fonte: Usiminas

Foto 18 – Contraventamento vertical incorporado ao partido arquitetônico. Fonte: Sidnei Palatnik

Foto 20 – Contraventamento vertical incorporado ao partido arquitetônico Foto 19 – Edificio Capri - Contraventamento vertical incorporado ao partido arquitetônico. Fonte: CBCA

19


Foto 21 – Banco Itaú - Contraventamento vertical incorporado ao partido arquitetônico. Fonte: Sidnei Palatnik

Foto 22 – Bank of China - Contraventamento vertical incorporado ao partido arquitetônico

Foto 23 – John_Hancock_Center - Contraventamento vertical incorporado ao partido arquitetônico. Foto: Joe Ravi

Foto 24 – Guggenheim Bilbao - Contraventamento vertical de todos os vãos.

20


Foto 25 – Guggenheim Bilbao – vista geral com a estrutura revestida

Foto 26 – Beijing CCTV Tower – vista da estrutura e do Contraventamento vertical incorporado ao partido arquitetônico (1) Fonte: http://allcity7.com/showpost.php?p=43187



O aporticamento e o contraventamento em X são outras soluções para enrijecer a estrutura. Estes tipos são, normalmente, os mais usados. O aporticamento consiste em enrijecer a ligação entre vigas e pilares, diminuindo a deslocabilidade da estrutura. Os pórticos, entretanto, não tornam a estrutura totalmente indeslocável e com isso os pilares passam a apresentar um comprimento real de flambagem maior que a distância entre as vigas dos pavimentos contíguos, o que se traduz na necessidade de pilares de maiores dimensões, aumentando o custo da estrutura. Além disso, os pórticos são estruturas que apresentam momento fletor nos pilares, o que tende a aumentar ainda mais o seu custo.

21


O contraventamento em X é o mais eficiente, tanto do ponto de vista físico como econômico. Este tipo de contraventamento torna a estrutura mais rígida, permitindo considerá-la indeslocável, o que resulta em economia no dimensionamento dos pilares. Como já comentado, o uso de contraventamentos deste tipo deve ser adotado já no início do projeto de arquitetura, podendo-se tirar proveito formal deles. Quando esse contraventamento é pensado depois do projeto de arquitetura já definido, fica difícil sua absorção pelo projeto arquitetônico, pois pode resultar em interferências indesejáveis nos espaços, Pois o X cria barreira

na circulação, o que muitas vezes impede o seu uso. Enfim, a decisão pelo uso do tipo mais adequado de contraventamento vertical ficará, sempre, na dependência das possibilidades arquitetônicas, econômicas e construtivas.

22

Dim Lig Modulo 1

Recommend Documents