Projeto Integrado - Estruturas

Projeto Integrado Engenharia Civil 201902 DP EAD Dimensionamento Estrutural Cálculo da Cobertura de um Galpão Metálico 1 OBJETIVO Formar uma base de conhecimento que possibilite ao futuro profissional o gerenciamento entendimento dos conceitos e métodos de cálculo aplicados aos projetos de estruturas 2 PREMISSAS Será considerado o projeto de um galpão metálico com base na tipologia definida conforme proposta no capítulo 6 a qual sem exceções deverá Ser desenvolvida UNICAMENTE pelo grupo do semestre vigente ao projeto integrado não podendo ser utilizadas plantas desenvolvidas em outras disciplinas compradas ou obtidas de qualquer outra forma É vetado o uso de projetos semelhantes entre grupos É vetado o uso de softwares de análise estrutural na elaboração do projeto sendo aceito apenas nesta etapa os softwares Autocad ou Revit E Ftool para Cálculo das Treliças É esperada a ORIGINALIDADE dos grupos no desenvolvimento do projeto integrado SEM EXCEÇÕES Projeto Integrado Engenharia Civil 201902 DP EAD 3 AVALIAÇÃO O projeto será avaliado em de acordo com as seguintes etapas a Apresentação do projeto arquitetônico e lançamento estrutural Até 100 b Levantamento dos carregamentos 150 Em função das c Cargas devido as ações temporárias definida no item 7 d Cargas de peso próprio e Determinação dos esforços solicitantes na tesoura Apenas na tesoura mais solicitada até 150 f Determinação dos parafusos de ligação da tesoura com a coluna metálica até 150 g Determinação dos perfis metálicos apenas da tesoura mais solicitada utilizados no projeto como um todo até 100considerar perfis soldados nas ligações da tesoura utilização de parafusos apenas na ligação tesoura coluna h Apresentar a memória de cálculo das verificações de acordo com a NBR880008 com base na análise do Pórtico mais solicitado 25 i Apresentação da planta de detalhamento de todos os perfis utilizados e suas tabelas quantitativas de aço do projeto como um todo 100 4 DATAS DE ENTREGA DAS ETAPAS Não serão permitidas entregas fora do prazo estipulado As entregas ocorrerão obrigatoriamente somente durante o período da aula NO PERÍODO determinado em fórum 1 semana antes do término da DP EAD Após este período os projetos não serão mais aceitos A correção será feita exclusivamente na versão físicaimpressa do trabalho Aos trabalhos com a mesma formatação plagiados ou comprados será atribuída à nota 000 zero a TODOS os integrantes que compõem o grupo Exigese originalidade aos grupos Projeto Integrado Engenharia Civil 201902 DP EAD 5 DIRETRIZES COMPLEMENTARES Os cálculos detalhados devem ser entregues impressos no tamanho A4 e encaminhados TAMBÉM por email ao professor coordenador na data da entrega física de cada etapa no formato WORD e PDF Todos os desenhos deverão ser confeccionados em folha A3 ou A2 atendendo os requisitos do capítulo 8 e as escalas abaixo Fórmas Escala 150 Detalhamento longitudinal Escala 150 Detalhamento transversal Escala 120 Entrega dos cálculos e desenhos encadernados com os desenhos junto com relatório 6 PROJETO O projeto deverá ser composto por um galpão metálico que atenda às diretrizes do projeto em anexo delineado a este escopo 7 AÇÕES As cargas adotadas na estrutura deverão ser baseadas na NBR880008 NBR612387 e normas complementares entretanto na eventualidade do grupo utilizar algum material não especificado nestas normas o mesmo poderá buscar seus valores em bibliografias acadêmicas e citálas devidamente Deve ser considerada uma sobrecarga devido às ações temporárias de Sq 10kNm² ΔkNm² Em que Δ Σ último nRas nalunos 10 Exemplo 3 Alunos Ra 200455 Ra 300336 Ra 235544 3 10 5 6 43 10 Δ 510 05kNm² Δ 05kNm² Sq 100kNm² 050kNm² Sq 150kNm² Projeto Integrado Engenharia Civil 201902 DP EAD 8 ESTRUTURA DO PROJETO A entrega referente à parte escrita deve conter Capa Folha de rosto Listas de figuras e tabelas Sumário Introdução Desenvolvimento Conclusão Referências bibliográficas Quadro de notas Quadro de legendas Detalhe em vista ou corte Carimbo contendo A formatação deverá ser norteada conforme descrito no manual de trabalhos acadêmicos da Uninove disponibilizado pelo docente e existente na biblioteca da instituição As entregas referentes às plantas deverão conter Nome da instituição nome e RA dos integrantes nome da planta Data Folha Revisão e Escala FICHA CADASTRAL DOS GRUPOS ENTREGAR PREENCHIDA PARA OS PROFS RESPONSÁVEIS DA TURMA Campus Turma Período Noturno ou Diurno Integrantes do grupo Até no máximo 10 integrantes do mesmo campus Sem exceções Nº RA Nome 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Título do Projeto Galpão Metálico Data 20092019 ESCALA 1 100 1 Universidade UNINOVE Departamento de Engenharia Núcleo de Engenharia Civil ESTRUTURAS DE AÇO ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL GALPÃO EM AÇO LAMINADO CIDADE 062024 2 Universidade UNINOVE Departamento de Engenharia Núcleo de Engenharia Civil Nomes seus aqui ESTRUTURAS DE AÇO ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL GALPÃO EM AÇO LAMINADO Trabalho apresentado à disciplina NOME da turma XXX Profº NOME CIDADE 062024 3 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO4 2 ANÁLISE DAS CARGAS5 21 Levantamento dos carregamentos5 211 Caracterização e localização5 212 Cargas do vento5 213 Coeficientes de pressão externa nas paredes7 214 Coeficiente de pressão externa no telhado7 215 Coeficiente de pressão externa para telhado7 216 Coeficiente de pressão interna8 217 Cargas finais de vento no pórtico8 22 Combinações para análise estrutural do pórtico9 221 Estado Limite Último ELU9 222 Estado Limite de Serviço ELS9 223 Cargas permanentes9 224 Resumo das cargas e ações9 3 DIMENSIONAMENTO DAS TERÇAS10 4 COMBINAÇÕES DAS CARGAS PARA A TRELIÇA FTOOL12 41 Combinação dos esforços nas barras da treliça13 42 Dimensionamento à tração da treliça14 43 Dimensionamento à compressão da treliça15 44 Dimensionamento à compressão do pilar17 45 Cálculo dos esforços nos tirantes18 5 LISTA DE MATERIAIS20 6 CONCLUSÃO20 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS20 4 1 INTRODUÇÃO 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 Normas NBR 88002008 Projetos de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios 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 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 5 2 ANÁLISE DAS CARGAS 21 Levantamento dos carregamentos 211 Caracterização e localização A apresentação do galpão apresentado se dá numa cidade genérica com velocidade de vento em função da matrícula dos alunos e o galpão apresenta as seguintes dimensões Pédireito de 90m de altura Altura do montante inicial da treliça de 05 metros Altura da treliça de 18 metros Comprimento 300 metros Largura 200 metros Inclinação da telha de 18 212 Cargas do vento Para tal resultado 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 igual a 20 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 3 Conforme NBR 6123 Edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação 6 No estudo de caso proposto temos Para S1 S1100 Para S2 S2093 Para S3 S3095 Calculando o vento característico V k100093095200 V k1767 ms Para pressão dinâmica qvento0613V k 2 qvento06131667 2 qvento191 Nm 2 Para coeficiente de pressão externa paredes 0º Relação alturalargura hb 9 20045 Relação comprimento larguraab 30 2015 Figura 01 Galpão Genérico para análise do vento 7 213 Coeficientes de pressão externa nas paredes Vento 0 Vento 90 Figura 02 Coeficiente de pressão externa nas paredes devido ao vento a 0º e a 90º 214 Coeficiente de pressão externa no telhado Relação altura largurahb 9 20045 215 Coeficiente de pressão externa para telhado Vento 0 Vento 90 Figura 03 Coeficiente de pressão externa no telhado devido ao vento a 0º e a 90º 8 216 Coeficiente de pressão interna Vento a 0 Vento a 90 Figura 04 Coeficiente de pressão interna devido ao vento a 0º e a 90º 217 Cargas finais de vento no pórtico Para a pior solicitação de vento possível foi obtido o seguinte carregamento Vento a 0 Vento a 90 Figura 05 Cargas de vento superficialmente distribuídas sobre os pórticos em kPa 9 22 Combinações para análise estrutural do pórtico 221 Estado Limite Último ELU Cargas solicitantes consideradas Peso próprio da estrutura Cargas permanentes telhado Sobrecarga de Utilização construção e manutenção Carga de vento de Sucção Combinações últimas normais Fsd γ gF gγ qFq γ qψ 0Fq 222 Estado Limite de Serviço ELS Cargas solicitantes consideradas Peso próprio da estrutura Cargas permanentes telhado Sobrecarga de Utilização construção e manutenção Combinações raras Fserv Fgψ1Fq ψ2Fq 223 Cargas permanentes Foram utilizadas telhas termoacústicas Brasilit TopSteel 45 trapezoidal com as especificações técnicas apresentadas a seguir Tratamse de telhas extremamente leves 1000 kgm² o que dispensa o uso de estruturas pesadas e garante mais economia na estrutura e na mão de obra gtelha010kNm 2 gcontravemento005kNm 2 gTerça etirantes005kN m 2 224 Resumo das cargas e ações Cargas permanentes g020 kNm 2 Sobrecarga de utilização qq0 60kN m 2 Carga de vento de sobrepressão qv SP0kN m 2 Carga de vento de sucção qv SUC025kNm 2 As treliças terão o espaçamento entre si de 500m com seu modelo em Howe e suas terças apoiadas em cada nó espaçados a cada 200m assim a largura de influência da terça mais solicitada é igual a Linf200m 10 3 DIMENSIONAMENTO DAS TERÇAS Figura 06 Propriedades geométricas e peso próprios das terças comerciais Depois de várias tentativas o dimensionamento ficou com a terça 6x1220kgm qPP1220kgm0122kN m qg0202000400kN m qq0 60200120kN m qvento025200050kN m Aplicando a Combinação última normal conforme a equação abaixo têmse Fsd γ gF gγ qFq γ qψ 0Fq qd112501221350 40150120250kN m qd210001221000401400500178 kNm A combinação mais desfavorável é a devida as cargas gravitacionais com valor igual a qd250kN m 11 O momento fletor e o esforço cortante solicitante de cálculo na terça são iguais a M Sdqdl 2 8 250500 2 8 782kNm782kNcm V Sdqdl 2 250500 2 625kN O momento fletor e o esforço cortante resistente de cálculo de acordo com o índice 542 e 543 da NBR 88002008 na terça são iguais a M RdW x f y γa1 717345 11 2249kNcm V Rd06 Aalma f y γ a1 06 1524 0508 345 11 14569kN Para verificar o deslocamento excessivo da terça aplicase a combinação rara conforme abaixo Fserv Fgψ1Fq ψ2Fq qd01220401201722kN m O deslocamento máximo é dado por δ 5q L 4 384 EI 5001722500 4 38420000546 128cm δ max L 350500 350143cm Terça Aprovada à ELU e ELS 12 4 COMBINAÇÕES DAS CARGAS PARA A TRELIÇA FTOOL Todo esforço apresentado como carga pontual nas figuras a gente são obtidos por meio do esforço cortante das terças no pórtico mais solicitado 1º esforço peso próprio da treliça gPP0171kgm Barra Esforço máximo de cálculo kN Banzo Inferior 1896 Banzo Superior 1930 Montante 181 Diagonal 1587 Reação no Pilar P1 685 2º esforço cargas permanentes g2 012204 500 2 261kN Barra Esforço máximo de cálculo kN Banzo Inferior 3469 Banzo Superior 3525 Montante 451 Diagonal 2973 Pilar 1435 13 3º esforço sobrecarga qq2 120500 2 600kN Barra Esforço máximo de cálculo kN Banzo Inferior 7975 Banzo Superior 8102 Montante 1036 Diagonal 6835 Pilar 3300 4º esforço vento de sucção qq20178500 2 089kN Barra Esforço máximo de cálculo kN Banzo Inferior 1183 Banzo Superior 1202 Montante 204 Diagonal 1014 Pilar 489 41 Combinação dos esforços nas barras da treliça Barra Combinação de ações de cálculo kN Peso Próprio Permanente Sobrecarga Vento de sucção C1 C2 Banzo Inferior 1896 3469 7975 1183 19016 3709 Banzo Superior 1930 3525 8102 1202 19324 3772 Montante 181 451 1036 204 2389 918 Diagonal 1587 2973 6835 1014 16250 3140 Pilar 685 1435 3300 489 7744 1435 14 42 Dimensionamento à tração da treliça Para o dimensionamento dos elementos da treliça submetido à tração primeiro devese verificar qual o maior esforço solicitante para a pior combinação mostrada nas tabelas acima Assim o maior esforço solicitante de cálculo à tração é igual a NtSd19016kN O esforço de tração resistente de cálculo de acordo com o índice 522 da NBR 88002008 é igual a NtRd Agf y γa1 É necessário também atender a condição de esbeltez limite dado pelo índice 528 conforme λkL r 300 Como todas as ligações serão soldadas não haverá redução da área dos elementos para os furos dos parafusos portanto não há a necessidade de verificar a ruptura da seção líquida Aplicando os dados para o perfil 8x2050kgm foram verificados todos os perfis inferiores a esse têmse λxk x L r x 10203 759 2675200Ok λ yk y L r y 10203 142 14296200Ok Resistência ao Escoamento da seção bruta NtRd Agf y γa1 2593345 11 81326kNNtSd16849kN Resistência à Ruptura da seção líquida Ligação soldada AnAg2593cm 2 Ct1ec lc 1142 40 0645 AefCt An064525931672cm 2 NtRd Aef f u γa2 167245 135 557 50kN Perfil Aprovado à tração 15 43 Dimensionamento à compressão da treliça Para o dimensionamento da diagonal mais solicitada à compressão devese analogamente à tração verificar qual o maior esforço solicitante para a pior combinação mostrada nas tabelas acima Assim o maior esforço solicitante de cálculo à compressão é igual a NcSd19324kN O esforço de compressão resistente de cálculo de acordo com o índice 532 da NBR 88002008 é igual a NcRd χQ Agf y γa1 É necessário também atender a condição de esbeltez limite dado pelo índice 528 conforme λkL r 200 Aplicando os dados para o perfil 8x2050kgm foram verificados todos os perfis inferiores a esse têmse Verificação da Esbeltez limite λxk x L r x 10203 759 2675200Ok λ yk y L r y 10203 142 14296200Ok Flambagem local da mesa bf t f 5951 950 626 056 E f y 056 20000 345 1348 Qs10 Flambagem local da alma h0 t w 1842 7 7 2392 149 E f y 149 20000 34 5 3587 Qa10 Fator Q de flambagem local QQ sQ a101010 16 Flambagem global Nexπ 2 EI x kL 2 π 220000149000 10203 2 kN Neyπ 2 EI y kL 2 π 2200006240 10203 2 29890kN Esforço Resistente a Compressão λ0 Q Agf y Ne 102593345 29890 173150 χ0658 λ0²0658 2 0 χ0877 λ0² 0877 173 20293 NcRdQ Ag χ f y γ a1 102593029334 5 11 23830kN NcSd19324 kN Perfil Aprovado à compressão 17 44 Dimensionamento à compressão do pilar Para o dimensionamento do primeiro pilar aquele que apoia somente a estrutura da treliça devese à compressão e o maior esforço solicitante de cálculo à compressão é igual a NcSd7744 kN O esforço de compressão resistente de cálculo de acordo com o índice 532 da NBR 88002008 é igual a NcRd χQ Agf y γa1 É necessário também atender a condição de esbeltez limite dado pelo índice 528 conforme λkL r 200 Aplicando os dados para o perfil W150x130 têmse Verificação da Esbeltez limite λxk x L r x 10800 6 18 12945200 Aprovado λ yk y L r y 10400 222 18018200 Aprovado Flambagem local da mesa bf 2t f 100 2491020 056 E f y 056 20000 345 1348 Qs10 Flambagem local da alma h0 t w 138 433209 149 E f y 149 20000 34 5 3587 Qa10 Fator Q de flambagem local QQ sQ a101010 18 Flambagem global Ne x π 2E I x kL 2 π 220000635 10800 2 19585kN Neyπ 2 EI y kL 2 π 22000082 10400 2 10116kN Esforço Resistente a Compressão λ0 Q Agf y Ne 1016 6345 10116 2379150 χ0877 λ0² 0877 2379 20155 NcRdQ Ag χ f y γ a1 101660155345 11 8065kNN cSd77 44kN Perfil Aprovado à compressão 45 Cálculo dos esforços nos tirantes Para obter o esforço solicitante de cálculo no tirante devese transformar a pressão do vento em força pontual no tirante da seguinte maneira qvento019kN m² A área de atuação do vento é igual a Ainf20 090 23005010 0 2 194 m² Por haver quatro tirantes dois em cada lado por pórtico a força solicitante em um tirante é igual a NtSd14qvento Ainf ntirantes sec θ14 019194 2 4 5 29 2 5 1328kN Para tirantes de em perfil cantineira L 25x32 a força resistente de cálculo é igual a Ag190cm 2 Resistência ao Escoamento da seção bruta NtRd Agf y γa1 190345 11 5959 kNNtSd1328kN Resistência à Ruptura da seção líquida Ligação soldada AnAg190cm 2 Ct1ec lc 112 4007 AefCt Ag07190133cm 2 19 NtRd Aef f y γ a1 13345 135 4433kNN tSd1328kN Perfil Aprovado à tirante 20 5 LISTA DE MATERIAIS Item Especificação Material Quantidade Peso kg Tirantes L 25x32 ASTM A572 G50 16 barras de 12m 28637 Terças U 6x1220 30 barras de 12m 439200 Treliça U 8x2050 35 barras de 12m 718200 Pilares W150x130 14 barras de 8m 145600 Total 10 1331637 6 CONCLUSÃO Levando em consideração os aspectos do dimensionamento de um galpão 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 galpão 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 httpswwwfgcombrparafusosextavadoma16x100mmparcialzincadop Acessado em 8 de dezembro de 2018 httpswwwfgcombrparafusosextavadointernoma10x100mmdin912qmd10023342600 ciserp Acessado em 16 de fevereiro de 2020 Catálogo Técnico Telha TopSteel Brasilit SaintGobain 2013 PB TELHAS Site Telhas Metálicas em Aço Galvalume e Galvanizado Disponível em httpwwwpbtelhascombrprodutoshtml Acesso em 16022020