Departamento de Engenharia Civil
Projecto de Estruturas Metálicas e Mistas
“Memória Descritiva e Justificativa”
Trabalho elaborado por:
Joana Freitas Nº 27403
Ricardo Teixeira Nº 27406
Rita Silva Nº 27
Índice
pág . 1 – Objectivos... 3 2 – Solução Estrutural………... 3 3 – Acções……….. 3.1 Acções Permanentes (G)... 3.2 Acções Variáveis (Q)... 3.3 Neve... 3.4 Temperatura……… 4 4 5 8 8 4 – Combinações………... 4.1 – Valores Reduzidos………... 4.2 – Estados Limites Últimos (Artigo 9,RSA)………...
4.3 – Estados Limites de Utilização (Artigo 12, RSA)………... 9 9 9 10 5 – Materiais e Secções………... 11
6 - Dimensionamento e Verificação da Segurança
6.1 Verificação da Segurança em relação aos Estados Limite Últimos………...
6.2 Verificação da Segurança em relação aos Estados Limite de Utilização... 13 13 14 7 - Análise Estrutural……….. 7.1 - Chapa de cobertura………... 7.2 - Madres de cobertura………... 7.3 - Asnas inclinadas e horizontal………... 14 14 14 14 15 16 17
7.4 - Sistemas de
contraventamento……….
7.5 - Dimensionamento do sistema de contraventamento das asnas de
extremidade………... ... 7.6 – Ligações………... 8 - Processo Construtivo……….. 21 9 – Bibliografia... 22
Memória Descritiva e Justificativa
1 – Objectivos
A presente Memória Descritiva e Justificativa refere-se ao projecto de execução de uma cobertura metálica para um pavilhão de exposições a construir em Almada.
O objectivo consiste em conceber e dimensionar uma estrutura metálica com os respectivos perfis e ligações.
2 – Solução
Estrutural
A estrutura tem um comprimento de 83 m e uma largura de 28 m. As empenas têm uma altura de 10 m.
Foi concebida uma estrutura reticulada com 15 pórticos de treliças em perfis metálicos que suportam as cargas da cobertura e do sistema de contraventamento.
As madres em perfil metálico assentam sobre os pórticos e estão espaçadas de 2,855 m. Para o revestimento da cobertura adoptou-se uma chapa metálica de aço que preenchia os requisitos pretendidos sendo colocadas de modo a formar um sistema de 2 águas.
Sob as madres encontra-se um sistema de contraventamento em forma de cruz.
Esta estrutura compreende uma hierarquia de vigas metálicas indicadas no Quadro seguinte:
Madres
Elementos que recebem directamente os esforços actuantes na chapa e o peso desta;
Asna Elementos nos quais as madres descarregam os seus esforços;
Treliças Elementos que transmitem os esforços aos elementos verticais.
Tabela 2. Descrição dos elementos da cobertura
As travessas em treliça plana apoiam nos pilares, e têm uma altura que varia desde 1,0 m sobre os apoios e 3,8 m a meio vão.
A treliça é constituída por duas cordas (inferior e superior) em perfis HEB140, ligadas por perfis diagonais em perfis UPN 200. As verticais de extremidade são um perfil HEB 140. As cordas da treliça devem ter pequenos furos, de maneira a drenar uma eventual acumulação da água no seu interior.
A ligação da treliça ao pilar é feita por intermédio de dois aparelhos de apoio, 1 móvel e um fixo sendo que ambos permitem rotações no plano perpendicular à treliça (asna).
As madres de cobertura são perfis IPE160.
3 – Acções
Nos cálculos de dimensionamento dos elementos resistentes foram consideradas as acções permanentes e sobrecargas previstas no R.S.A. (Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes).
3.1 Acções Permanentes (G)
Os valores utilizados para a quantificação das acções permanentes foram os seguintes: 3.1.1 – Aço
Peso próprio da estrutura correspondente aos perfis metálicos, contabilizado pelo programa de elementos finitos (SAP 2000);
Peso específico do Aço (PP)... 78,0 kN/m3
3.1.2 - Chapa de Revestimento
Peso das Chapas de Cobertura (PPchapas)... 0,070 kN/m2
3.2 Acções Variáveis (Q) 3.2.1 Sismo
A Acção Sísmica (E) não foi tida em conta pois considerou-se que as forças horizontais a que a estrutura estava a ser sujeita eram devidas ao vento.
3.2.2 Sobrecarga em cobertura ordinária
Considera-se uma sobrecarga uniformemente distribuída de 0,4 kN/m2 segundo o EN 1991-1-1 artigo 6.3.4.1, para uma cobertura não acessível, excepto para operações de manutenção e reparações correntes (cobertura de categoria H).
3.2.3 Vento 2 / 5348 , 0 KN m Wk
estando a nossa estrutura sob pressão.
3.3 Neve
Devido à localização geográfica do edifício não é necessário considerar esta acção. 3.4 Temperatura
De acordo com o artigo 18º do RSA, a estrutura metálica não protegida foi submetida à acção de uma variação uniforme de temperatura de 35 ºC e à acção de uma variação uniforme de temperatura de -25 ºC
4 – Combinações
4.1 – Valores Reduzidos 0 1 2 Vento 0,6 0,2 0 Sobrecarga 0 0 0 Temperatura 0,6 0,5 0,3 Tabela 5.Valores reduzidos4.2 – Estados Limites Últimos (Artigo 6.4, NP EN 1990:2008) 4.2.1 – Combinação fundamental (Artigo 6.4.3.2(3))
As combinações fundamentais aplicaram-se no dimensionamento da estrutura e nas suas verificações relativas aos ELU.
{∑ ∑
} Em que:
E – Significa efeito de uma acção;
Ed – Significa valor de cálculo do efeito das acções; “ +” – Significa “a combinar com”;
∑ - Significa “ o efeito combinado de”;
- Coeficiente de segurança relativo às acções permanentes;
- Esforço resultante de uma acção permanente, tomada com o seu valor característico; - Coeficiente parcial relativo a acções de pré-esforço;
P – Valor representativo de uma acção de pré-esforço; - Coeficiente parcial relativo à acção variável de base;
- Valor característico da acção variável de base; - Coeficiente parcial relativo à acção variável i;
- Coeficiente para a determinação do valor de combinação de uma acção variável; - Valor característico da acção variável acompanhante i.
Acção Variável de Base: Vento (Pressão)
) ( 1 1,50 0,6 50 , 1 35 , 1 CP W Tu positiva 1 50 , 1 35 , 1 CP W ) ( 1 1,50 0,6 50 , 1 35 , 1 CP W Tu negativa AVB: Sobrecarga ) ( 6 , 0 50 , 1 50 , 1 35 , 1 CP SCcob Tu positiva cob SC CP 1,50 35 , 1 ) ( 6 , 0 50 , 1 50 , 1 35 , 1 CP SCcob Tu negativa AVB: Temperatura ) ( 50 , 1 35 , 1 CP Tu positiva 1 ) ( 1,50 0,6 50 , 1 35 , 1 CP Tu positiva W ) ( 50 , 1 35 , 1 CP Tu negativa 1 ) ( 1,50 0,6 50 , 1 35 , 1 CP Tu negativa W
Tabela 6. Combinações Fundamentais
4.3 – Estados Limites de Utilização (Artigo 6.5, NP EN 1990:2008)) 4.3.1 – Combinação Característica (Artigo 6.5.3(2) alínea a))
As combinações características aplicaram-se na verificação dos deslocamentos verticais (ELUt).
{∑ ∑
}
Acção Variável de Base: Vento (Pressão)
) ( 1 0,6 Tu positiva W CP 1 W CP ) ( 1 0,6 Tu negativa W CP AVB: Sobrecarga ) ( 6 , 0 u positiva cob T SC CP cob SC CP ) ( 6 , 0 u negativa cob T SC CP
AVB: Temperatura u( positiva)
T CP 1 ) ( 0,6 W T CP u positiva
) (negativa u T CP 1 ) ( 0,6 W T CP u negativa
Tabela 7. Combinações Raras
5
–Materiais e Secções
Os perfis aplicados são os seguintes:
MADRES IPE 160
ASNAS INCLINADAS E HORIZONTAL DA TRELIÇA
HEB 140
DIAGONAIS DA TRELIÇA UPN 200
CONTRAVENTAMENTO DAS ASNAS CENTRAIS
L80 × 80 × 8 CONTRAVENTAMENTO DA ASNA DE
EXTREMIDADE
L100 × 100 × 10
Tabela 8. Perfis utilizados na cobertura
O aço a utilizar nos elementos metálicos foi o aço S355 (Fe 510) e nos perfis de contraventamento S235 (Fe 360). As características definidas no Eurocódigo 3 para o aço são as seguintes:
Módulo de Elasticidade E = 210 Gpa
Módulo de Distorção G = E/ (2 (1+ ν)) = 81 Gpa
Coeficiente de Poisson ν = 0,3
Coeficiente de Dilatação Térmica Linear α = 12×10-6 / ºC
Massa Volúmica ρ = 7850 kg/m3
Tabela 9.Caracteristicas do aço
As chapas adoptadas, são da marca ALAÇO, escolheu-se o perfil 4 – 241 – 45 (posição A), com as de espessura 0,70mm
6 - Dimensionamento e Verificação da Segurança
Após a determinação dos esforços foi efectuado o dimensionamento das diversas peças e as verificações aos estados limites, de acordo com o Eurocódigo 3.
6.1 Verificação da Segurança em relação aos Estados Limite Últimos
Foram considerados os estados limites últimos de resistência e de encurvadura. A verificação da segurança foi efectuada em termos de esforços, garantindo que os actuantes não são superiores aos resistentes.
Os valores de cálculo dos esforços resistentes, dos perfis metálicos e das ligações, foram determinados com base no EC 3 e com o auxílio de tabelas, folhas de cálculo, ábacos ou programas de cálculo automático.
6.2 Verificação da Segurança em relação aos Estados Limite de Utilização
Na verificação aos estados limites de utilização foram considerados os limites preconizados no EC 3.
Para verificação das deformações foi utilizada a combinação caracteristica de acções.
Valor limite L/200
Valor limite sob acção variável L/250 Tabela 10.Verificação das deformações
7 - Análise Estrutural
7.1 - Chapa de cobertura
Para a escolha da chapa de cobertura definiram-se as cargas actuantes e consequentemente a capacidade de resistência necessária. A escolha do modelo de chapa a usar foi feita recorrendo às especificações existentes nos catálogos da marca Alaço.
7.2 - Madres de cobertura
Para o dimensionamento das madres utilizou-se um modelo simples de uma viga bi-apoiada. Devido à geometria da cobertura, as madres encontram-se inclinadas em relação ao plano horizontal. Para que se considerasse os casos de momento flector máximo em cada uma das direcções avaliou-se a madre no ponto mais alto da cobertura. A viga de modelo tem dois
apoios, onde cada um dos apoios representa a ligação entre a madre e o pórtico, sendo um dos apoios fixo e outro deslizante. O apoio deslizante permite os deslocamentos provocados pela acção da variação de temperatura pelo que não são gerados esforços devidos a esta acção. Esta solução é materializada com a execução de furos com folgas que permitam a estrutura alongar no apoio de extremidade da direita (móvel).
7.6 - Ligações
A asna da cobertura é montada a partir de módulos pré-fabricados, em que as ligações entre os elementos desses módulos são efectuadas por soldaduras e por aparafusamentos efectuados em estaleiro. Esses módulos em obra vão ser ligados entre si por aparafusamento de uma chapa que cada módulo possui soldada à diagonal. Todas as ligações foram estudadas para resistir mais do que os perfis que ligam, para garantir que não há rotura pelas ligações.
8 - Processo Construtivo
As treliças devido à sua grande dimensão foram divididas sendo ponderado o factor peso para a realização desta operação. A sua fixação em obra far-se-á através de uma chapa que já vem soldada de fábrica e que é aparafusada.
As chapas de fixação entre as cordas e as asnas apresentam geometrias diferentes, devido ás características geométricas da estrutura e também á tentativa de eliminação de peso excessivo na estrutura da cobertura.
Quando estão montadas as asnas da cobertura, estas são elevadas através de gruas, e assentes sobre os pilares, tendo sido previamente colocados os aparelhos de apoio nos pilares. Quando todas as asnas estão colocadas, procede-se à colocação e fixação dos elementos de contraventamento e madres de cobertura através de ligações aparafusadas.
Todas as chapas de fixação e todos os elementos soldados devem ser realizados em estaleiro, para que em obra apenas se realizem as operações de aparafusamento.
