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2.2 Cálculo da força de vento 6 2.3 Análise Estrutural do Pórtico 17 2.4 Dimensionamento dos elementos do pórtico 29 2.5 Dimensionamento e verificações para as vigas 41 2.6 Dimensionamento das Terças 46 2.6.1 Análise Estrutural das Terças 47 2.6.2 Dimensionamento dos perfis 50 2.7 Dimensionamento das Vigas de Tapamento Lateral. 67 2.8 Dimensionamento do Perfil das Vigas 71 2.9 Dimensionamento dos Tirantes da Cobertura e Tapamentos
Tipologia: Trabalhos
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Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de ESTRUTURAS METÁLICAS E ESTRUTURAS EM MADEIRA, do Uni-FACEF
Aproximadamente há 8.000 anos, em locais como o Egito, Babilônia e Índia, o ferro começou a ser utilizado. No início, o material era utilizado apenas em adornos nas construções, em joias, e em equipamentos militares. Somente após a revolução industrial, no século XIX, o ferro fundido passou a ser usado em escala industrial, possibilitando a sua utilização como material estrutural (CHAMBERLAIN; FICANHA; FABEANE, 2013). Ainda durante o século XIX, o cálculo estrutural passou por um notável progresso, e com o avanço da siderurgia, o ferro foi sendo substituído pelo aço como principal material nas construções metálicas, por possuir boas características físicas, e viabilidade econômica. Estima-se que atualmente a maior parte das construções em aço no Brasil seja de estruturas simples, como as coberturas e as estruturas de um único pavimento. Neste importante segmento, os galpões lideram as construções, apresentando soluções econômicas e versáteis para uma larga faixa de vãos e uma infinidade de aplicações no comércio e na indústria, como: fábricas, oficinas, depósitos, lojas, academias, ginásios cobertos, garagens (SILVA, 2017). Existem diversos tipos de estrutura para galpão que se diferenciam de acordo com a geometria e perfis empregados. Fatores como área construída, capacidade das pontes/pórticos rolantes e altura do galpão vão definir qual projeto de galpão em estrutura metálica será mais adequado. 1.1 Objetivo Desenvolver projeto de um galpão em estrutura metálica, demonstrando os métodos de cálculo e processos de desenvolvimento utilizados. O projeto do galpão também exige a consideração das diversas cargas atuantes que podem existir durante o seu funcionamento, como por exemplo, a ação do vento sobre a estrutura.
Para o presente projeto, optou-se em projetar um galpão com formato retangular e dimensões 16m x 36m; considerou-se um galpão para depósito de materiais. A fachada será locada na maior extensão, enquanto as laterais ficarão nas menores dimensões. Optou-se em fazer desta forma, pois, como haverá transição de veículos pesados, a faixa com menor extensão será usada para despachar os produtos;desta forma, haverá mais área para depósito de materiais. Os pilares do galpão ficarão dispostos pela maior extensão, com espaçamento de seis metros. Haverá, para entrada, um portão entre o terceiro e quarto pilar, com quatro metros de largura e cinco metros de altura. Os cortes e dimensões 2.1 Telhas Para a realização da cobertura do galpão, as telhas metálicas estão entre os materiais mais comuns. Sendo uma das opções mais econômica, com alta durabilidade e alta resistência. Outros fatores que colaboram para a escolha deste material são o baixo peso e a capacidade de vencer grandes vãos. Neste projeto escolheu-se para realizar a cobertura, a telha metálica galvanizada trapezoidal. Figura 01 – Telha Metálica galvanizada trapezoidal. Fonte: Gavisteel - Fabricação de telhas.
Devido a utilização do Software para obter os resultados da força do vento atuante no galpão, vamos mostrar o passo-a-passo do programa. Na figura ( 3 ), segue as dimensões do projeto galpão. Figura 03 - Preenchimento das dimensões. Fonte: Do autor – software visualventos. Para melhor entendimento sobre os dados preenchidos no software; b = largura do galpão; a = comprimento do galpão; h = altura do galpão; β = grau de inclinação das quedas da cobertura; p = distância entre pórticos. Conforme pode ser identificado pela figura ( 3 ), o campo de preenchimento de áreas de aberturas está zerado, esse motivo foi consequência de um Bug indesejado que o Software está enfrentando na respectiva data de apresentação deste projeto, com o preenchimento o
software trava as combinações impossibilitando de obter os resultados finais no qual deseja-se. Segundo a ABNT NBR 6123/88, é definido Fator topográficoS como um fator quedepende das características topográficas do terreno da construção, podendo ele serclassificado como: Terreno plano ou fracamente acidentado. Talude e morros. Valores profundos, protegidos de vento de qualquer direção. Para o projeto em questão, adotaremos (terreno plano ou fracamente acidentado), sabendo que o projeto será construído sobre um terreno plano, tem-se S1=1. Figura 04 - Definição do fator topográfico S1. Fonte: Do autor – software visualventos.
Figura 05 - Definição do fator de rugosidade (S2). Fonte: Do autor – software visualventos. Para a definição do fator estatístico (S3)foi adotado para o projeto de edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação (depósitos silos, construções rurais, etc.). Neste caso classificado como Grupo 3 , portanto, segundo a ABNT NBR 6123/88 o fator é definido como 0,95.
Figura 06 - definição do fator estatístico (S3) Fonte: Do autor – software visualventos. Para a determinação do Coeficiente de Pressão Externa (CPe) nas paredes e no telhado, de acordo com a ABNT NBR 6123/88 são especificados os coeficientes de pressão para telhados do tipo duas águas, simétrico e base retangular. Com isso, analisando os diagramas resultantes como mostra a Figura ( 5 ) e ( 6 ) os diagramas de pressão para as reações nas paredes e no telhado do pórtico, respectivamente para ventos a 0º e 90º. Este programa também oferece coeficientes de pressão externa atuantes no telhado, representando na Figura ( 6 ) as áreas mais prováveis de remoção das telhas devido à ação do vento em locais críticos. Com os valores de velocidade, S1, S2 e S3, conseguimos encontrar a velocidade característica e, posteriormente a pressão dinâmica (q): 𝑉𝑘 = 𝑉 0 × 𝑆 1 × 𝑆 2 × 𝑆 3 𝑉𝑘 = 45 × 1 , 00 × 0 , 89 × 0 , 95 𝑉𝑘 = 38 , 0475 𝑚/𝑠
Figura 08 - Determinação do coeficiente de pressão externa no telhado (CPe– telhado). Fonte: Do autor – software visualventos. Para o caso em análise consideraremos a opção mostrada na Figura (8).Sendo elas relacionadas à duas faces opostas igualmente permeáveis e os outros impermeáveis. Isto é, segundo a ABNT NBR 6123/88 são considerados impermeáveis as faces que obstruem a passagem do ar por elementos construtivos e vedações, por exemplo paredes de alvenaria ou concreto, consideradas permeáveis as faces com presença de janelas,frestas de portas, ventilação em telhado, vãos abertos em geral. Portanto, tem-se duas possibilidades a serem estudadas segundo esse ponto de vista, uma das possibilidades é considerando o vento na direção perpendicular à facepermeável e a outra considerando o vento perpendicular à face impermeável, conforme mostra a figura ( 9 )
Figura 09 - Determinação do coeficiente de pressão interna (CPi). Fonte: Do autor – software visualventos. O resultado da análise gerada pelo software representa as 4 combinações mostradas na Figura ( 10 ), sendo elas referentes aos valores de +0,2 0 e - 0,3 0 , mostrados anteriormente combinados com a possibilidade de o vento estar na direção do pórtico segundo um ângulo de0° e outras duas opções o ângulo de 90°.
Figura 11 - Demonstração dos esforços resultantes devido à ação do vento. Fonte: Do autor – software visualventos. As situações cujos esforços são mais solicitantes são aquelas de CPi=+0,20 comocitado anteriormente. Com isso, não usaremos as configurações com CPi=-0,30.Portanto, a representação dos esforços para o projeto está representada na Figura ( 11 ). Figura 12 - Esforços resultantes devido à ação do vento. Fonte: Do autor – software visualventos.
Por convenção os valores com sinais negativos representam forças que estão no sentido de dentro para fora do pórtico, e os sinais positivos representam forças de fora para dentro. Portanto: Coeficiente médio de pressão externa: CPe= - 1 , 00 Coeficiente de pressão interno: CPi 1 = 0, CPi 2 = - 0, Portanto, para determinar as ações finais de cargas de ventos, multiplica-se os coeficientes de pressão atuantes pela pressão de obstrução (q) correspondente à altura e pela distância em que os pórticos se encontram na estrutura (D). Tabela 01 - Valores de cargas devido aos ventos nos pórticos 𝑃 = (𝐷 𝑥 𝑞 ) 1ª Hipótese𝐹 = (𝑃. 𝐶𝑓) 2ª Hipótese𝐹 = (𝑃. 𝐶𝑓) 6m x 0,8873kN/m² = 5,3238 5,33kN/m² x 0,80 = 4,27kN/m 5,33kN/m² x 0,70 = 3,73kN/m 6m x 0,8873kN/m² = 5,3238 5,33kN/m² x 0,80 = 4,27kN/m 5,33kN/m² x 1,20 = 6,40kN/m 6m x 0,8873kN/m² = 5,3238 5,33kN/m² x 0,80 = 4,27kN/m 5,33kN/m² x 0,40 = 2,13kN/m 6m x 0,8873kN/m² = 5,3238 5,33kN/m² x 0,80 = 4,27kN/m 5,33kN/m² x 0,50 = 2,67kN/m Fonte: Do autor. 2.3 Análise Estrutural do Pórtico Obtidos os valores de cargas de vento e as combinações da estrutura, torna-se possível calcular os carregamentos da estrutura, facilitando
Já para as cargas varáveis, ou acidentais, verifica-se que a norma NBR 8800, Anexo B, demonstra que as cargas em telhados não devem ser inferiores à 0,25kN/m². Adotou-se esse valor como base, e calculou-se: 0 , 25 𝑘𝑁/𝑚² × 6 𝑚 = 1 , 5 𝑘𝑁/𝑚 Este resultado representa outro carregamento linear distribuído pelo pórtico. Com tais valores, torna-se possível realizar os cálculos para as combinações de estado limite único, que segue a expressão: 𝐹𝐷 = ∑ 𝛾𝑔𝑖 𝑚 𝑖= 1
𝑛 𝑗= 2
onde: 𝐹𝑔𝑖,𝑘 representa os valores característicos das ações permanentes; 𝐹𝑄𝐼,𝑘 é o valor característico da ação variável considerada principal para a combinação; 𝐹𝑞𝑗,𝑘 representa os valores característicos das ações variáveis que podem atuar concomitantemente com a ação variável principal. 𝐹𝐷, 1 = 1 , 25 × 𝐹𝑔𝑖,𝑘 + 1 , 5 × 𝐹𝑄𝑖,𝑘 𝐹𝐷, 1 = ( 1 , 25 ) × ( 4 , 14 ) + ( 1 , 5 ) × ( 1 , 5 ) 𝐹𝐷, 1 = 7 , 425 𝑘𝑁/𝑚 Então, calcula-se a força nocional, ou força horizontal equivalente (Fn), onde é igualada a 3%, ou 0,003, através da expressão:
𝐹𝑛 = 0 , 003 × ( 7 , 425 𝑘𝑁/𝑚) × ( 16 𝑚) 𝐹𝑛 = 0 , 3564 𝑘𝑁 A partir desta etapa, as composições são decompostas através de eixos globais, pois o vento atua somente à sucção. Portanto, calcula-se para as combinações finais: Sendo p=5,33 kN/m e Cf =0,8, 5,33kN/m x 0,80 = 4,27kN/m Cobertura 𝐹𝐷, 2 = 1 , 00 × 𝐹𝑔𝑖,𝑘 − 1 , 4 × 𝐹𝑄𝑖,𝑘 𝐹𝐷, 2 = ( 1 , 00 )^ × ( 4 , 14 )^ − ( 1 , 4 ) × ( 4 , 27. cos( 10 ) 𝐹𝐷, 2 = − 1 , 747 𝑘𝑁/m 𝐹𝐷, 2 = −( 1 , 4 ) × ( 4 , 27. sen( 10 ) 𝐹𝐷, 2 = − 1 , 034 𝑘𝑁/𝑚 Lateral 𝐹𝐷, 2 = −( 1 , 4 ) × ( 4 , 27 ) 𝐹𝐷, 2 = − 5 , 98 𝑘𝑁/𝑚 Hipótese 2 Cobertura 𝐹𝐷, 3 = 1 , 00 × 𝐹𝑔𝑖,𝑘 − 1 , 4 × 𝐹𝑄𝑖,𝑘 Sendo p=5,33 kN/m e Cf =1, 5,33kN/m x 1,20 = 6,40kN/m
