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DIMENSIONAMENTO DE LAJES ARMADAS EM DUAS DIRECÇÕES EXEMPLO DE APLICAÇÃO Carlos Moutinho FEUP, Maio de 2002 1. Dados Gerais - Laje destinada a zona comercial (Q = 4 kN/m2) - Peso de revestimentos e paredes divisórias: 3 kN/m2 - Materiais: C20/25; A400 2. Geometria 0.30 0.30 0.306.70 4.70 0.30 0.30 0.30 4.70 4.70 P1VIGA 1 L1 L2 L3 L4 P2 P1 P1 P1 P1 VIGA 2 VIGA 1 VI G A 3 VI G A 4 PA R ED E 1 1-2y 1-2y 3-4y 3-4y 1-3x 1-3x 2-4x 2-4x Planta estrutural 3. Pré-dimensionamento da laje Critério utilizado: Verificação do estado limite de deformação sem cálculo directo λ≤ d l ; slT KKK σλλ ×××= 0 λ = 32 × 1 × 1 × 1.25 = 40 → =≥ 40 5d 0.125 m com 0λ = 32 (caso 2 do quadro 4.14 do EC2 para todas as lajes) TK =1 (laje maciça) LK =1 (vão < 7m) cals effs yk s A A f K , ,400 ⋅=σ =1×1.25=1.25(ter em conta o factor αdef = 1.25 na atribuição de armaduras) Dimensões adoptadas para todas as lajes: h = 0.17 m ; d = 0.14 m Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 2 4. Acções Acções permane tes: Peso próprio (0.17 × 25) 4.25 kN/m2 Rev. + P. divisórias 3.00 kN/m2 G = 7.25 kN/mk 2 Acções variáveis: Sobrecarga Q = 4 kN/mk 2 dS = 1.35 + 1.5 = 1.35 × 7.25 + 1.5 × 4 = 15.79 kN/mkG kQ 2 5. Cálculo dos momentos flectores máximos 5.1 Cálculo dos momentos iniciais Utilização do método do Regulamento Britânico (Norma BS8110) cujos coeficientes sxβ e syβ já incluem a influência da alternância de sobrecargas e da redistribuição de esforços (ver tabelas em anexo). Lajes L1 e L2: 3M4M 4M 1M 2M yl Lajes L3 e L4: 7M8M 5M xl 6M yl Dimensionamento de lajes armadas em duas direcçõ Painel tipo 3 xl = 5.00 m; l = 7.00 m y n x y l l = 1.4 =1M 0.047 × 15.79 × 5 2 = 18.55 kN×m/m =2M 0.063 × 15.79 × 5 2 = 24.87 kN×m/m =3M 0.028 × 15.79 × 52 = 11.05 kN×m/m =4M 0.037 × 15.79 × 5 2 = 14.60 kN×m/m xl Painel tipo 4 xl = = 5.00 m yl x y l l = 1.0 == 75 MM 0.035 × 15.79 × 52 =13.82 kN×m/m == 86 MM 0.047 × 15.79 × 52 =18.55 kN×m/m es – exemplo de aplicação 3 5.2 Equilíbrio de momentos flectores sobre os apoios de painéis adjacentes Regras para o equilíbrio de momentos: a) Tratar os valores obtidos pela utilização das tabelas como momentos iniciais e equilibrar os momentos negativos sobre os apoios de acordo com a rigidez relativa dos vãos adjacentes; b) Em cada tramo, a soma dos módulos dos momentos negativos e positivo mantém-se constante antes e após o equilíbrio; c) Caso o momento positivo diminua, devido à aplicação da regra enunciada na alínea anterior, é conveniente manter o valor inicial. Neste exemplo é necessário equilibrar os momentos flectores negativos sobre os apoios dos painéis 1 e 3 (direcção 1-3x) e dos painéis 2 e 4 (direcção 2-4x). Direcção 1-3x = 2-4x: CdM AM CeM BM DM Momentos negativos: Momento a distribuir: = |14.60 – 18.55| = 3.95 kN× /m || CdCe MMM −=∆ 7 44 EI l EIk e e == ; 5 33 EI l EI d d ==k M kk k MM kk k MM de d Cd de e CefinalC ∆×−=∆×+ +=, M Mo 1º 2º Dim finalC , = 14.60 + 0.488 × 3.95 = 18.55 – 0.512 × 3. 5 = 16.53 kN×m/m mentos positivos: tramo: manter o inicial → = 11.05BfinalB MM =, tramo: ⇔ finalDfinalCDCd MMMM ,, +=+ DM , finalDM 13.82 + (18.55 –=, ensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de a 9 kN×m/m ( CdDfinal MM += 16.53) = 15.84 kN plicação m + )finalCM ,− ×m/m 4 5.3 Diagramas finais de momentos flectores Direcção 1-3x = 2-4x: 14.60 16.53 11.05 15.84 Direcção 1-2y : 24.87 18.55 18.55 Direcção 3-4y : 18.55 13.82 13.82 Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 5 6. Cálculo das armaduras principais Armadura mínima: min,sA = 0.0015 = 0.0015 × 100 × 14 = 2.10 cmdbw ×× 2/m Armadura para momentos flectores máximos: Direcção Msd (kN×m/m) As (cm2/m) As,cal = As × αdef (*) (cm2/m) Armadura Adoptada As,eff (cm2/m) 14.60 3.14 3.93 φ8//0.10 5.03 11.05 2.36 2.95 φ8//0.20+φ6//0.20 3.92 16.53 3.57 4.46 φ8//0.10 5.03 1-3x 2-4x 15.84 3.41 4.26 φ8//0.10 5.03 24.87 5.47 6.84 φ10//0.10 7.85 1-2y 18.55 4.02 5.03 φ8//0.10 5.03 18.55 4.02 5.03 φ8//0.10 5.03 3-4y 13.82 2.97 3.71 φ8//0.20+φ6//0.20 3.92 (*) Eventualmente agravar apenas armadura inferior 7. Verificação ao esforço transverso Utilização do método do Regulamento Britânico para a determinação dos esforços transversos máximos nos apoios, sendo os coeficientes vxβ e vyβ retirados das tabelas em anexo. Corte no apoio intermédio das lajes L1 e L2: Painel tipo 3 xl = 5.00 m; l = 7.00 m y x y l l = 1.4; vxβ =0.49 sxv = 0.49 × 15.79 × 5 = 38.68 kN/m Corte no apoios interiores das lajes L3 e L4: Painel tipo 4 xl = l = 5.00 m y x y l l = 1.0; vxβ = vyβ = 0.40 sxv = 0.40 × 15.79 × 5 = 31.58 kN/m ∴ v = 38.68 kN/m sd dkv lRdRd ×+××= )402.1(1 ρτ =260 × (1.6 – 0.14) × (1.2 + 40 × 0.0036) × 0.14 = 71.42 kN/m sdv ≤ v ∴dispensa armadura de esforço transverso 1Rd Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 6 8. Verificação dos estados limites de utilização Estado limite de deformação: Verificação implícita no pré-dimensionamento da espessura da laje (ver ponto 3). Estado limite de fendilhação: De acordo com o parágrafo 4.4.2.3(1) do EC2, as lajes cuja espessura total não exceda 200mm não necessitam de medidas específicas para controlar a fendilhação, desde que se respeite as disposições construtivas indicadas na secção 5.4.3. Por outro lado, tendo-se utilizado um diâmetro máximo de varões de 10mm, facilmente se verifica que a tensão na armadura na combinação quase permanente não excede o valor de 360MPa (visto que em estado limite último a tensão na armadura é de 348MPa), valor limite indicado no quadro 4.11 do EC2 para que seja verificado o estado limite de fendilhação. 9. Desenhos (Ver páginas seguintes) BIBLIOGRAFIA - Apontamentos da disciplina de Estruturas de Betão “Cálculo de esforços em lajes armadas em duas direcções” do Prof. Joaquim Figueiras; - Pré-norma Europeia Eurocódigo 2, 1991; - Norma Britânica BS8110, parte 1, 1985. Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 7 ARMADURAS INFERIORES – DIRECÇÃO X (Esc. 1/100) Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação8 ARMADURAS INFERIORES – DIRECÇÃO Y (Esc. 1/100) Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 9 ARMADURAS SUPERIORES – DIRECÇÃO X (Esc. 1/100) 0.30 6.70 0.30 0.304.70 4.70 0.30 0.30 0.30 4.70 Nota: armadura de distribuição para φ8//0.10 e φ8//0.20: φ6//0.20 Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 10 ARMADURAS SUPERIORES – DIRECÇÃO Y (Esc. 1/100) 0.30 6.70 0.30 4.70 0.30 0.30 4.70 0.30 4.70 0.30 Nota: armadura de distribuição para φ8//0.10 e φ8//0.20: φ6//0.20 armadura de distribuição para φ10//0.10 e φ10//0.20: φ8//0.20 Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 11 ARMADURAS SUPLEMENTARES – AMBAS AS DIRECÇÕES (A ADICIONAR ÀS ARMADURAS PRINCIPAIS) (Esc. 1/100) 0.30 0.306.70 4.70 4.70 0.30 0.30 4.70 0.30 0.30 CORTE NUM APOIO DESCONTÍNUO (Esc. 1/20) Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 12 0.17 0.33 0.50 armadura superior armadura inferior 0.30 0.35 da laje da laje estribos da viga da viga armadura longitudinal Tipo de painel e momentos considerados 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.75 2.0 1 Quatro lad contínuos Momento n o lado cont Momento p a meio vão 2 Um lado m Momento n o lado cont Momento p a meio vão 3 Um lado m Momento n o lado cont Momento p a meio vão 4 Dois lados descontín Momento n o lado cont Momento p a meio vão 5 Dois lados descontín Momento n o lado cont Momento p a meio vão 6 Dois lados descontín Momento n o lado cont Momento p a meio vão 7 Três lados (um lado m Momento n o lado cont Momento p a meio vão 8 Três lados (um lado m Momento n o lado cont Momento p a meio vão 9 Quatro lad Momento p a meio vão Relação l y/ l x Coeficientes para o menor vão, βsx C oe f. pa ra o m ai or v ão , β sy , pa ra to do s os va lo re s de l y /l x C as o Quadro 1 Dimensionamento os egativo sobre ínuo ositivo enor descontínuo egativo bre ínuo ositivo aio descontínuo eg vo sobre ínuo ositivo adjacentes uos egativo sobre ínuo ositivo menores uos egativo sobre ínuo ositivo maiores uos egativo sobre ínuo ositivo descontínuos aior contínuo) egativo sobre ínuo ositivo descontínuos enor contínuo) egativo sobre ínuo ositivo os descontínuos ositivo 0.024 0.065 0.032 0.024 0.028 0.032 0.036 0.039 0.041 0.045 0.049 0.047 0.051 0.053 0.0600.032 0.037 0.043 0.037 0.043 0.048 0.051 0.055 0.057 0.064 0.068 0.037 0.0 0.032 0.036 0.039 0.041 0.044 0.048 0.052 0.028 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 - 0.0 0.0 0.0 - 0.0 0.0 l syM sxM y – Coeficientes de c de lajes armadas em du 28 r ati so 37 0.044 0.052 0.057 0.063 0.067 0.077 0.085 0.037 28 0.033 0.039 0.044 0.047 0.051 0.059 0.065 0.028 47 0.053 0.060 0.065 0.071 0.075 0.084 0.091 0.047 35 0.040 0.045 0.049 0.053 0.056 0.063 0.069 0.035 45 0.049 0.052 0.056 0.059 0.060 0.065 0.069 - 35 0.037 0.040 0.043 0.044 0.045 0.049 0.052 0.035 - - - - - - - 0.04 35 0.043 0.051 0.057 0.063 0.068 0.080 0.088 0.035 57 0.064 0.071 0.076 0.080 0.084 0.091 0.097 - 43 0.048 0.053 0.057 0.060 0.064 0.069 0.073 0.043 - - - - - - - 0.05 43 0.051 0.059 0.065 0.071 0.076 0.087 0.096 0.043 56 0.064 0.072 0.079 0.085 0.089 0.100 0.107 0.056 5 7 yx ll ≤ 2 xdsxsx lSM ××= β 2 xdsysy lSM ××= β x l momento para painéis rectangulares suportados nos 4 lados, om armadura de torção nos cantos as direcções – exemplo de aplicação 13 Tipo de painel e lados considerados 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.75 2.0 1 Quatro lados contínuos Lado contínuo 0.33 0.36 0.39 0.41 0.43 0.45 0.48 0.50 0.33 2 Um lado menor descontínuo Lado contínuo 0.36 0.39 0.42 0.44 0.45 0.47 0.50 0.52 0.36 Lado descontínuo - - - - - - - - 0.24 3 Um lado maior descontínuo Lado contínuo 0.36 0.40 0.44 0.47 0.49 0.51 0.55 0.59 0.36 Lado descontínuo 0.24 0.27 0.29 0.31 0.32 0.34 0.36 0.38 - 4 Dois lados adjacentes descontínuos Lado contínuo 0.40 0.44 0.47 0.50 0.52 0.54 0.57 0.60 0.40 Lado descontínuo 0.26 0.29 0.31 0.33 0.34 0.35 0.38 0.40 0.26 5 Dois lados menores descontínuo Lado contínuo 0.40 0.43 0.45 0.47 0.48 0.49 0.52 0.54 - Lado descont 6 Dois lados m descontínuo Lado contínuo Lado descont 7 Três lados d (um lado ma Lado contínuo Lado descont 8 Três lados d (um lado me Lado contínuo Lado descont 9 Quatro lados Lado descont Coeficientes para o lado maior, βvx C oe f. pa ra o la do m en or , β vy , p ar a to do s os v al or es de l y /l x C as o Relação l y/ l x v Quadro 2 Dimensionamento d s ínuo - - - - - - - - 0.26 aiores s - - - - - - - - 0.40 ínuo 0.26 0.30 0.33 0.36 0.38 0.40 0.44 0.47 - escontínuos ior contí o) 0.45 ínuo 0.30 escontínuos nor contínuo) - ínuo 0.29 descontínuos ínuo 0.33 l sv syv sx yl 0.75 l – Coeficientes de co e lajes armadas em duas 0.48 0.51 0.53 0.55 0.57 0.60 0.63 - nu 0.32 0.34 0.35 0.36 0.37 0.39 0.41 0.29 - - - - - - - 0.45 0.33 0.36 0.38 0.40 0.42 0.45 0.48 0.30 0.36 0.39 0.41 0.43 0.45 0.48 0.50 0.33 yx ll ≤ xdvxsx lSv ××= β xdvysy lSv ××= β l x reacção para painéis rectangulares suportados nos 4 lados, m armadura de torção nos cantos direcções – exemplo de aplicação 14 REGRAS SIMPLIFICADAS PARA DISPENSA DE ARMADURAS EM LAJES 100% 40% 0.2 l 100% 50% armadura para momentos negativos eixo do apoio vão efectivo l face do apoio l0.15 > 0.45 l0.3 momentos positivos armadura para 100% vão efectivo eixo do apoio face do apoio 0.1 l 40% momentos positivos armadura para l φ a) Apoio interior b) Extremidade simplesmente apoiada No Dim vão efectivo > 0.45 eixo do apoio face do apoio l / 2 100% 50% momentos negativos armadura para l d / 2 φ c) Consola ta: d - altura útil Válido para: l - vão efectivo Cargas distribuídas φ - diâmetro dos varões Vãos aproximadamente iguais ensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação 15 DIVISÃO DA ARMADURA INFERIOR EM FAIXAS lx/8 Faixa lateral Fa ix a ce nt ra l Fa ix a la te ra l Fa ix a la te ra l lx x l 3/4lxFaixa central lx/8 Faixa lateral ly/8 3/4ly ly/8 ly - Nas faixas centrais colocar a armadura para os momentos máximos - Nas faixas laterais colocar a armadura mínima ARMADURAS DE CANTO 3/4As,vão ambas as faces 1/2As,vão face superior 0.3lx 0.3lx 0.3lx As,vão 1/2As,vão face superior lx 0.3lx 0.3lx 0.3lx 0.3lx 0.3lx ly - A armadura principal existente na zona dos cantos pode ser contabilizada Dimensionamento de lajes armadas em duas direcções – exemplo de aplicação ly como armadura de canto 16 Msd ARMADURAS INFERIORES – DIRECÇÃO X ARMADURAS INFERIORES – DIRECÇÃO Y ARMADURAS SUPERIORES – DIRECÇÃO X ARMADURAS SUPERIORES – DIRECÇÃO Y ARMADURAS SUPLEMENTARES – AMBAS AS DIRECÇÕES \(A ADICIONAR ÀS ARMADURAS PRINCIPAIS\) CORTE NUM APOIO DESCONTÍNUO REGRAS SIMPLIFICADAS PARA DISPENSA DE ARMADURAS EM LAJES
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