Análise e Dimensionamento Estrutural de Mezanino em Aço Laminado - Trabalho Acadêmico

2003 Trabalho Semestral Estruturas Metálicas condições de carregamento peso próprio 20 Kgfm² carga permanente 1 32 Kgfm² Panel wall 2 15 Kgfm² Forro Sobrecarga 300 Kgfm² Utilização 360 Kgfm² diagram with labels pilares Vigas Principal Vigas Secundarias Panel wall 125 x 250 Elevação eixo B Somos o G7 G1 Sc 300 Kgfm² G2 Sc G1 10 Kgfm² G7 Sc 360 Kgfm² G7 W 250 x 327 1 Universidade Departamento de Engenharia de Engenharia Civil Nome do aluno Nome do aluno Nome do aluno Nome do aluno ESTRUTURAS DE AÇO ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL MEZANINO EM AÇO LAMINADO CIDADE 15052023 2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO3 11 Normas3 12 Softwares3 2 ARQUITETURA DO MEZANINO4 21 Dimensões do mezanino4 22 Croqui do mezanino4 3 ANÁLISE DAS CARGAS5 31 Cargas do vento5 32 Cargas gravitacionais6 33 Combinações de ações6 4 DIMENSIONAMENTO DO MEZANINO7 41 Esforços internos vigas secundárias7 42 Esforços internos vigas principais7 43 Esforços internos pilares7 44 Dimensionamento das vigas secundárias8 45 Dimensionamento das vigas principais9 46 Dimensionamento à compressão do pilar12 47 Cálculo dos esforços nos tirantes13 5 LISTA DE MATERIAIS13 6 CONCLUSÃO14 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS14 3 1 INTRODUÇÃO Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma estrutura de aço definida pelo grupo escolhendo suas dimensões o desenho esquemático o software e calculando as ações e combinações atuantes O aço é um elemento estrutural muito importante em uma construção Além de trazer mais segurança torna o canteiro de obras um ambiente mais limpo por gerar menos resíduos a obra e ágil por ser préfabricado Para calcular qualquer estrutura devese considerar ações que provocam esforços ou deformações Para isso é necessário identificar os tipos de ações que esta estrutura pode sofrer sendo separadas em permanentes variáveis e excepcionais As ações permanentes são aquelas que possuem valores constantes como o peso próprio da estrutura ou seja paredes pisos entre outros Já as ações variáveis são aquelas que as cargas podem variar como por exemplo pessoas veículos vento e temperatura O desenvolvimento deste trabalho está sendo feito em etapas Primeiro foi definida a estrutura como um mezanino Em seguida projetamos essa estrutura no AutoCad para então desenvolvermos os cálculos O presente memorial descritivo tem por objetivo além da prévia descrição da respectiva estrutura fixar normas específicas para a construção de estrutura metálica para uma cobertura O sistema estrutural adotado é composto de elementos estruturais em aço laminado Para maiores informações sobre os materiais empregados dimensionamento e especificações devese consultar o projeto executivo da estrutura 11 Normas NBR 61202019 Cargas para o cálculo de estruturas de edificações NBR 61231988 Forças devidas ao vento em edificações NBR 86812003 Ações e segurança nas estruturas Procedimento NBR 88002008 Projetos de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios 12 Softwares Autodesk Autocad versão 2022 Microsoft Excel versão 2013 Ftool versão 400 Todos os cálculos executados no projeto estrutural atendem as especificações mínimas exigidas pelas normativas vigentes Todos os cálculos executados no projeto da estrutura metálica consideram o uso de perfis estruturais em aço ASTM A572G50 com limite de escoamento mínimo de 345 MPa e limite de resistência entre 450 MPa Todas as ligações do projeto serão por soldagem e é adotado eletrodo revestido da classe AWS E7018 4 2 ARQUITETURA DO MEZANINO 21 Dimensões do mezanino As dimensões em planta do mezanino são as mesmas que a da treliça então Pédireito de 30 metros Comprimento 150 metros Largura 120 metros 22 Croqui do mezanino 5 3 ANÁLISE DAS CARGAS 31 Cargas do vento Para obter as cargas de vento na estrutura é utilizado inicialmente a fórmula da velocidade característica V k que é a velocidade usada em projeto V kS1S2S3V 0 Sendo V0 segundo a NBR 61231988 a velocidade de uma rajada de três segundos excedida em média uma vez em 50 anos a 10 metros acima do terreno em campo aberto e plano Nesse caso em Horizonte igual a 35 ms S1 que leva em consideração as variações do relevo do terreno S2 é determinado definindo uma categoria rugosidade do terreno e uma classe de acordo com as dimensões da edificação As categorias são definidas de acordo com a NBR 61231988 tabela 32 S3 utilizado dependendo do uso da edificação normalmente especificando a vida útil da mesma para 50 anos definidos na tabela 35 da NBR 61231988 A obra pode ser classificada na Categoria III de rugosidade do terreno conforme NBR 6123 Terrenos planos ou ondulados com obstáculos tais como sebes e muros poucos quebraventos de árvores edificações baixas e esparsas A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3m Exemplos granjas e casas de campo com exceção das partes com matos fazendas com sebes eou muros subúrbios a considerável distância do centro com casas baixas e esparsas Grupo 2 Conforme NBR 6123 Edificações para hotéis e residências Edificações para comércio com alto fator de ocupação No estudo de caso proposto temos Para S1 S2 E S3 considerando as informações já citadas S1100 S2083 S3100 Calculando o vento característico V k100085100350 V k2975m s Para pressão dinâmica qvento0613V k 2 qvento06132975 2 qvento543 N m 2 6 Considerando o coeficiente de arrasto da estrutura Direção x l1 l2 12 15 08 h l1 3 12025 Ca x095 Considerando o coeficiente de arrasto da estrutura Direção y l1 l2 15 12125 h l1 3 15 02 Ca y110 Forças de arrasto nos pilares FaCaqvento Ainfluencia Fa x0950543 63 928kN Fa y1100543 753 1344kN 32 Cargas gravitacionais As cargas atuantes no plano do mezanino são as listadas a seguir em função da NBR 61202019 Peso próprio da laje Painel Wall g032kN m 2 Estimativa do Peso próprio das vigas g020kN m 2 Forro na laje g015kN m 2 Sobrecarga na laje q360kN m 2 Com isso o espaçamento de cada viga transversal é igual a 250m As cargas solicitantes sobre as vigas V1 as que são de centro são iguais a gPerm032020015 2501675kNm qSCU360250900kN m 33 Combinações de ações As combinações necessárias são para o estado limite último e de deslocamento máximo de serviço da estrutura sendo elas respectivamente Combinação última normal Fsd γ gF gγ qFq γ qψ 0Fq qsd V 113516751509001576kN m Combinação frequente de serviço 7 Fserv Fgψ1Fq ψ2Fq qserv1675059006175kN m 4 DIMENSIONAMENTO DO MEZANINO 41 Esforços internos vigas secundárias Analisando a viga para tais cargas temse qsd15 76kN m qserv6175kN m V sd15 76750 2 5910kN M sd15767 50 2 8 110 82kNm11082 kNcm 42 Esforços internos vigas principais Analisando a viga para tais cargas temse Psd2 1576750 2 11820kN Pserv2 6175750 2 4632kN V sd11820kN M sd1182025029550kNm29550kNcm 43 Esforços internos pilares Para o dimensionamento do pilar aquele que apoia a estrutura do mezanino devese à compressão e o maior esforço solicitante de cálculo à compressão é igual a NcSd59105910118201182035460kN 8 44 Dimensionamento das vigas secundárias O pré dimensionamento da viga pode ser estimado pela seguinte relação L 25 h L 15 6000 25 h 6000 15 240h400 Depois de várias tentativas será apresentado apenas o perfil que atende a solicitação sendo o perfil W310x387 travada em sua extremidade Momento Fletor Resistente devido a FLM λ bf 2t f 128 2107598 λ p038 E f y 038 20000 34 5 915 λr083 E f yσr 083 20000 0734 5 2389 M RdZx f y γ a1 668345 11 20951kNcmM sd11082kNcm Momento Fletor Resistente devido a FLA λh0 t w 332 655108 λ p376 E f y 376 20000 34 5 9053 λr570 E f yσ r 570 20000 034 5 13724 M RdZx f y γ a1 668345 11 20951kNcmM sd11082kNcm 9 Momento Fletor Resistente devido FLT λLb r y 600 27314652 λ p176 E f y 176 20000 345 4238 β107 f y W x EJ 0734 5585 200001583 0044623cm λr138 I y J r y J β1 1 1 27Cw β1 2 I y λr 1383751583 2731583004462311 271095510044623 2 375 124 36 Cb114 M Rd 1 γ a1 Cbπ 2 E I y Lb 2 Cw I y 10039 J Lb 2 Cw M Rd 1 11 114π 220000375 600 2 109551 375 10039 1583600 2 109551 M Rd11301kNcmM sd11082 kNcm Esforço Cortante Resistente λh0 t w 332 655108 λ p110 kv E f y 110 5020000 34 5 5922 λr137 k v E f y 137 5020000 345 7376 V Rd06 Aw f y γ a1 06332065345 11 40610kNV sd5910kN Deslocamento de serviço e máximo admissível δ serv5qserv L 4 384 E I x 5006175600 4 3842000010331050cm δ serv L 350600 350 171cm Viga Aprovada à ELU e ELS 45 Dimensionamento das vigas principais O pré dimensionamento da viga pode ser estimado pela seguinte relação 10 L 25 h L 15 7500 25 h 7500 15 300h500 Depois de várias tentativas será apresentado apenas o perfil que atende a solicitação Depois de várias tentativas será apresentado apenas o perfil que atende a solicitação sendo o perfil W410x530 travada a cada 250m Momento Fletor Resistente devido a FLM λ bf 2t f 177 21098 12 λ p038 E f y 038 20000 34 5 915 λr083 E f yσr 083 20000 0734 5 2389 M RdZx f y γ a1 105234 5 11 32995 kNcmM sd29550kNcm Momento Fletor Resistente devido a FLA λh0 t w 381 7 55080 λ p376 E f y 376 20000 34 5 9053 λr570 E f yσ r 570 20000 034 5 13724 M RdZx f y γ a1 105234 5 11 32995 kNcmM sd29550kNcm 11 Momento Fletor Resistente devido FLT λLb r y 250 3846510 λ p176 E f y 176 20000 345 4238 β107 f y W x EJ 0734 5960 200002338 0049581cm λr138 I y J r y J β1 1 1 27Cw β1² I y λr 138100923 38 3842338004958111 273871940049581 2 1009 11804 Cb 125 M max 25 M max3 M A4 M B3 M C 12529550 252955032216254295503221625114 M RdCb γ a1Z x f yZx f yW xf yσr λλ p λrλ p M Rd114345 11 1052105207960 65104238 118044238 M Rd33532kNcmM sd29550kNcm Esforço Cortante Resistente λh0 t w 381 7 55080 λ p110 kv E f y 110 5020000 34 5 5922 λr137 k v E f y 137 5020000 345 7376 V Rd06 Aw f y γ a1 0638107534 5 11 53773 kNV sd11820k N Deslocamento de serviço e máximo admissível δ serv23Pserv L 3 6 48 E I x 234632750 3 6482000018734 185cm δ serv L 350750 350 214cm Viga Aprovada à ELU e ELS 12 46 Dimensionamento à compressão do pilar O esforço de compressão resistente de cálculo de acordo com o índice 532 da NBR 88002008 é necessário também atender a condição de esbeltez limite dado pelo índice 528 NcRd χQ Agf y γa1 λkL r 200 Aplicando os dados para o perfil W150x225 foi tentado outros têmse Verificação da Esbeltez limite λxk x L r x 10300 6 51 4608200 Aprovado λ yk y L r y 10300 365 8219200 Aprovado Flambagem local bf 2t f 152 26 6 1152 056 E f y 056 20000 345 1348 Qs10 h0 t w 139 662397 149 E f y 149 20000 34 5 3587 Qa10 QQ sQ a101010 Flambagem global Neyπ 2 EI y kL 2 π 220000387 10300 2 84879kN λ0 Q Agf y Ne 10290345 84879 1086150 χ0658 λ0²0658 1086 2 0611 NcRdQ Ag χ f y γ a1 102900611345 11 55534 kNN cSd354 60kN Perfil Aprovado à compressão 13 47 Cálculo dos esforços nos tirantes Para obter o esforço solicitante de cálculo no tirante devese transformar a força do vento nos pilares em força de tração no tirante da seguinte maneira NtSd1344 6 23 2 6 1503kN É necessário também atender a condição de esbeltez limite dado pelo índice 528 conforme λkL r 300 Aplicando os dados para o perfil L menor perfil que existe têmse Verificação da Esbeltez limite λ kL rmin 300 106 00 2300 2 rmin 300 rmin223cm Perfil L3x 1 4 Para tirantes de em perfil cantineira L 3x14 a força resistente de cálculo é igual a Resistência ao Escoamento da seção bruta Ag929cm 2 NtRd Agf y γa1 929345 11 29137kNN cSd1503kN Resistência à Ruptura da seção líquida AnAg929cm 2 Ct1ec lc 1213 50 0574 AefCt An0574 9 29533cm 2 NtRd Aef f u γa2 53345 135 177 75kN NcSd1503kN Tirante Aprovado à tração 5 LISTA DE MATERIAIS Item Especificação Material Quantidade Peso kg Pilares W150x225 ASTM A572G50 5 barras de 6m 67500 Viga secundária W310x387 14 barras de 6m 325080 Viga principal W410x530 6 barras de 8m 254400 Tirante L 3x14 15 barras de 12m 131220 Total 10 8560 20 14 6 CONCLUSÃO Levando em consideração os aspectos do dimensionamento de um mezanino em estrutura de aço é possível concluir que na elaboração desse projeto tiveram diversos fatores de extrema importância a serem levados em consideração Foi possível entender o funcionamento dos efeitos que o vento exerce sobre as estruturas de aço considerando as ligações das terças contraventamento cobertura fundações e paredes onde as deformações excessivas da edificação podem passar despercebidas na elaboração do projeto Como é possível observar não apenas o esforço do vento como também os esforços gravitacionais devem ser tratados com grande relevância e preocupação no dimensionamento das peças Assim esse relatório há algumas informações necessárias para a elaboração e etapas de cálculo a serem realizadas para a execução com segurança de um mezanino em estrutura de aço 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Projetos de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto para edifícios NBR 8800 2008 ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Cargas para o cálculo de estruturas de edificações NBR 6120 1980 ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Forças devidas ao vento em edificações NBR 6123 1988 ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Ações e segurança nas estruturas Procedimento NBR 86812003