ApresCap07A_2013

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07 – SISTEMAS VERTICAIS
Edifícios altos???
Custos
• Custos adicionais de estruturação.
• Sistemas de circulação vertical.
• Sistemas de segurança:
– Incêndio.
– Escadas enclausuradas.
– Redes de sprinklers.
• Fachadas especiais.
• Regiões com alta concentração urbana:
– Custo de m2 de terreno torna compensadora a
construção de edificações verticais.
07.01 – Necessidade dos 
Edifícios altos
• Ocupação urbana:
– Edificações verticais são mais caras do que
edificações horizontais:
• Custos adicionais de estruturação.
• Sistemas de circulação vertical.
• Sistemas de segurança contra incêndio: escadas
enclausuradas, redes de sprinklers.
• Fachadas especiais.
• Regiões com alta concentração urbana:
– Custo de m2 de terreno torna compensadora a
construção de edificações verticais.
07.01 – Necessidade dos 
Edifícios altos
• Em algumas cidades nota-se um movimento
de migração de moradias e escritórios para a
periferia:
– Custo de terrenos mais baratos, tornando-se
viável as construções mais horizontais.
• Grandes edifícios verticais podem reverter
também a tendência decadente de algumas
zonas centrais de grandes cidades:
– Nova York, São Paulo.
Símbolos
• As construções verticais, desde a
antiguidade, repesentaram um
símbolo de poder para o homem.
Símbolos
Símbolos
Maharishi São Paulo Tower
São Paulo SP Brazil
Status: cancelled
Floor Count: 108
Building Uses:
• mixed use
• office
• other
• residential
Structural Types
• highrise
• atrium
Roof: 508.1 m
Edifícios mais altos do mundo
N Nome Cidade País Altura (m) Altura (ft) Pavtos Ano
1 Burj Khalifa Dubai  UAE 828,0 2.717 163 2010
2 Shanghai Tower Shanghai  China 632,0 2.073 121 2014
3 Makkah Royal Clock Tower Hotel Mecca  Saudi Arabia 601,0 1.971 120 2012
4 One World Trade Center New York City  USA 541.3 1.776 104 2013
5 Taipei 101 Taipei  Taiwan 509,0 1.670 101 2004
6 Shanghai World Financial Center Shanghai  China 492,0 1.614 101 2008
7 International Commerce Centre Hong Kong  Hong Kong 484,0 1.588 118 2010
8 Petronas Tower 1 Kuala Lumpur  Malaysia 452,0 1.483 88 1998
8 Petronas Tower 2 Kuala Lumpur  Malaysia 452,0 1.483 88 1998
10 Zifeng Tower Nanjing  China 450,0 1.476 89 2010
11 Willis Tower (Formerly Sears Tower) Chicago  USA 442,0 1.450 108 1973
12 Kingkey 100 Shenzhen  China 442,0 1.449 100 2011
13 Guangzhou International Finance Center Guangzhou  China 440,0 1.440 103 2010
14 Marina 101 Dubai  UAE 432,0 1.417 101 2014
15 Trump International Hotel and Tower Chicago  USA 423,0 1.389 98 2009
16 Jin Mao Tower Shanghai  China 421,0 1.380 88 1999
17 Princess Tower Dubai  UAE 414,0 1.358 101 2012
18 Al Hamra Firdous Tower Kuwait City  Kuwait 413,0 1.354 77 2011
19 2 International Finance Centre Hong Kong  Hong Kong 412,0 1.352 88 2003
20 23 Marina Dubai  UAE 395,0 1.296 89 2012
21 CITIC Plaza Guangzhou  China 391,0 1.283 80 1997
22 Shun Hing Square Shenzhen  China 384,0 1.260 69 1996
23 Central Market Project Abu Dhabi  UAE 381,0 1.251 88 2012
24 Empire State Building New York City  USA 381,0 1.250 102 1931
25 Elite Residence Dubai  UAE 380,5 1.247 87 2012
26 Tuntex Sky Tower Kaohsiung  Taiwan 378,0 1.240 85 1997
27 Central Plaza Hong Kong  Hong Kong 374,0 1.227 78 1992
28 Bank of China Tower Hong Kong  Hong Kong 367,0 1.205 70 1990
29 Bank of America Tower New York City  USA 366,0 1.200 54 2009
30 Almas Tower Dubai  UAE 363,0 1.191 68 2009
Comparativo
Edifícios mais altos do mundo
Ranking do Brasil
N Nome Cidade Altura (m) Pavtos Ano
1 Mirante do Vale São Paulo 170,0 51 1960
2 Edifício Itália São Paulo 165,0 46 1965
3 Rio Sul Center Rio de Janeiro 164,0 48 1982
4 Edifício Altino Arantes São Paulo 161,0 40 1947
5 Torre Norte São Paulo 158,0 38 1999
6 Mansão Margarida Costa Pinto Salvador 158,0 43 2008
7 Edifício Begônias São Paulo 158,0 41 2008
8 Edifício Jabuticabeiras São Paulo 158,0 41 2008
9 Edifício Magnólias São Paulo 158,0 41 2008
10 Edifício Resedá São Paulo 158,0 41 2008
11 Universe Life Square Curitiba 156,0 47 2013
12 Vitraux Salvador 156,0 32 2012
13 Birmann 21 São Paulo 155,0 26 1996
14 Edifício Cândido Mendes Rio de Janeiro 138,0 43 1978
15 Brascan Century Plaza Barueri (Alphaville) 154,0 38 2012
16 Evolution Corporate Barueri (Alphaville) 150,0 36 2012
17 Alameda Jardins Residence Balneário Camboriú 150,0 45 2012
18 Curitiba Trade Center Curitiba 147,0 34 1998
19 West Side Barueri 147,0 37 1999
20 Ed. Sede RJ Banco do Brasil S/A Rio de Janeiro 145,5 40
21 Sede do BankBoston24 São Paulo 145,0 35 2002
Edifícios mais altos do Brasil
Edifício Villa Serenna - Camboriú
46 andares - 160 metros
Edifícios mais altos do Brasil
07.02 – Cargas em estruturas 
de Edifícios altos
• Cargas gravitacionais:
– Peso próprio da estrutura.
– Cargas mortas lançadas em cada pavimento:
– Revestimentos, pisos, divisórias leves, alvenarias.
– Sobrecargas de utilização.
• Cargas horizontais:
– Ações devidas ao vento.
• O edifício comporta-se como um grande balanço.
• O carregamento cresce com a altura, devido ao aumento da
velocidade do vento.
– Sismos.
– Choques de aeronaves.
Variação das cargas 
devidas ao vento
07.03 – Funções de uma 
estrutura em Edifícios altos
Com relação às cargas 
gravitacionais:
• Agrupamento das cargas no pavimento nos pontos
coletores de carga (pilares):
– Geralmente com sistemas de massa ativa envolvendo lajes,
vigas e grelhas.
• Agrupamento das cargas de cada pavimento e
condução destas cargas para as fundações:
– O esquema mais simples é a acumulação crescente das
cargas de cima para baixo com a continuidade dos pilares:
Transmissão direta.
– Existem outros esquemas, denominados de transmissão
indireta, onde as cargas sobem e depois descem, ou são
desviadas em transições.
Com relação às cargas 
horizontais:
• Reorientação das cargas para as fundações
do edifício através de estruturas de
contraventamento:
– São utilizados:
• Sistemas de massa ativa: Pórticos, pilares parede,
núcleos;
• Sistemas de vetor ativo: Treliças;
• Sistemas de forma ativa: Paredes curvas.
Peso estrutural X altura em 
Edifícios altos
• À medida que 
cresce a altura do 
edifício, aumenta o 
peso estrutural 
utilizado para 
condução das 
cargas horizontais.
• Gráfico obtido de 
High-Rise Building 
Structures, 
Schueller, pg115:
Análise do gráfico
• O gráfico foi construído para um modelo de um
edifício com um pórtico de 5 vãos em estrutura de
aço.
• O gráfico mostra a ineficiência do sistema para
transmissão de cargas horizontais a partir de 50
andares.
• Eixo horizontal:
– Número de pavimentos
• Eixo vertical:
– Peso da estrutura em lbs/sq feet: 1 lbs/sq feet = 5 Kg/m2.
07.04. Sistemas de 
agrupamento de cargas em 
planta
Funções básicas dos 
elementos estruturais
• Lajes:
– Recebem cargas distribuídas de superfície:
• Peso próprio da laje, revestimentos, pisos e sobrecargas
de utilização.
– Apóiam-se nas vigas.
• Vigas:
– Recebem cargas lineares:
• Reações das lajes e cargas lineares devido a paredes e
divisórias.
– Apóiam-se nos pilares.
Funções básicas dos 
elementos estruturais
• Pilares:
– Recebem as cargas das vigas.
• O sistema tradicional pode ter as funções de
seus elementos ampliadas com:
– Lajes recebendo cargas de alvenaria.
– Vigas recebendo cargas de outras vigas.
– Lajes apoiando-se diretamente em pilares.
– Pilares, com cargas pequenas, nascendo e
apoiando-se sobre lajes.
Viga com vão de 8,00 metros
10,00 kN/m
80,00 kN
80 kNm
160 kNm
1
2
2
2
1
2
44
8
MqLLqLM
qLM


Deslocamentos
10,00 kN/m
80,00 kN
d = 10,24 mm
d = 16,38 mm
Laje 8,00 X 8,00 - Carga Uniforme
Deformada
Momentos
Carga Concentrada
Deformada
Momentos
Carga Linear
Deformada
Momentos
Carga parcial
Deformada
Momentos
Resumo
Carga Total max Mmax
kN, m kN (mm) kNm/m
1 Carga uniformemente distribuída na área 10,00 640,00 9,58 28,36
2 Carga concentrada 640,00 640,00 27,60 261,52
3 Carga linear de 80 kN/ml ou 42,67 kN/nó 42,67 640,00 17,01 82,65
4 Carga parcial de 640,00 kN/1m2 640,00 640,00 26,47 156,52
Carregamento
Agrupamento das cargas
• Sistema de laje viga pilar
• Solução trivial:
– Todas as lajes apóiam-se em vigas.
– Todas as vigas apóiam-se em pilares.
– Lajes só recebem cargas de superfície (Kgf/m2).
– Vigas só recebem cargas lineares (Kg/m).
– Pilares só recebem cargas concentradas.
– Não existe apoio de viga em viga.
– Não existe apoio de laje em pilar.
Agrupamento de cargas
• Solução trivial:
– Sob cada parede existe uma viga.
– Em cada cruzamento de viga existe um pilar.
– Alta densidade de pilares e vigas.
– Menor volume de estrutura.
– Maior mão de obra. Maior gasto com fôrmas em
estruturas de concreto.
• Evolução:
– Eliminam-se alguns pilares.
– Algumas vigas passam a apoiar em vigas.
Sistema de lajes
apoiadas sobre vigas
Evolução I
Evolução I
Evolução II
Evolução II
Sistema sem vigas
Sistema sem vigas
Agrupamento de cargas
Laje VigaViga
Viga
Viga
Pilar
Pilar
Pilar
Pilar
Pilar
Pilar
Pilar
Pilar
Agrupamento de cargas
Viga
Laje
Viga
Pilar
Pilar
Viga
Pilar
Pilar
Viga
Laje
Viga
Pilar
Pilar
Viga
Viga
Pilar
Viga Pilar
Pilar
Viga
Laje
Viga
Pilar
Pilar
Viga
Viga
Pilar
Viga Pilar
Pilar
Viga
Viga
X
Viga
Laje
Viga
Pilar
Pilar
Viga
Viga
Pilar
Viga Pilar
Pilar
Viga
Viga
Laje
Viga
Viga
Pilar
Pilar
Viga
Pilar Pilar
Viga
Transição
Pilar Pilar
Paredes estruturais
• Exercem as funções de vigas e pilares.
• Podem ser executadas em alvenaria de
blocos de concreto.
• Podem ser executadas em concreto,
moldado in-loco.
• Podem ser executadas em concreto pré-
moldado. Edifícios de pequena altura.
07.05. Processos construtivos 
de estruturas de edifícios
Processos construtivos
• Estruturas de concreto:
– Totalmente moldada in-loco.
– Totalmente pré-moldadas.
– Parcialmente pré-moldadas.
• Estruturas metálicas
– Sistemas simples: Somente o perfil de aço resiste.
– Sistemas mistos: Perfil de aço mais concreto.
• Estruturas híbridas
– Elementos de concreto.
– Elementos de aço
– Elementos mistos.
Aço X Concreto
Comparativo
• A: Estruturas metálicas leves X concreto moldado in-
loco.
• B: Estruturas metálicas pesadas X concreto pré-
moldado.
 As Custo
(Kgf/m3) /Kg /m3 (cm2) /ml
AÇO 7.850 10,00R$ 78.500R$ A572 W310X97 123,6 970,26R$ 
CONCRETO 2.500 1.000R$ fck 25 40X40 1.600,0 160,00R$ 
AÇO 7.850 8,00R$ 62.800R$ A572 W310X97 123,6 776,21R$ 
CONCRETO 2.500 3.000R$ fck 25 40X40 1.600,0 480,00R$ 
 As Custo
(Kgf/m3) /Kg /m3 (cm2) /ml
AÇO 7.850 10,00R$ 78.500R$ A572 W 460X68 87,6 687,66R$ 
CONCRETO 2.500 1.000R$ fck 25 20X60 1.200,0 120,00R$ 
AÇO 7.850 8,00R$ 62.800R$ A572 W 460X68 87,6 550,13R$ 
CONCRETO 2.500 3.500R$ fck 25 20X60 1.200,0 420,00R$ 
Material
Custo
Custo
B
Material
Seção
Seção
P
I
L
A
R
V
I
G
A
A
A
B
Processos artesanais ou 
industrializados
• Processos artesanais:
– Concreto moldado in-loco:
– Menor custo.
– Maior tempo de obra.
– Uso mais intenso de mão de
obra.
– Estruturas mais rígidas:
• Ligações monolíticas são
naturais.
– Menor precisão geométrica.
• Processos industrializados
– Pré-moldados ou metálicos.
– Mais caros.
– Obras mais rápidas.
– Menor uso de mão de obra.
– Estruturas flexíveis:
• Ligações posteriores caras.
• Outras estruturas de
contraventamento
– Maior precisão geométrica.
Alta tecnologia?
Alta tecnologia!
Alta tecnologia!
Processo A
Processo B
Estruturas moldadas in-loco
• Lajes maciças apoiando-se sobre vigas
moldadas in-loco.
• Lajes nervuradas apoiando-se sobre vigas
moldadas in-loco.
• Lajes maciças planas, sem vigas.
• Lajes nervuradas planas, sem vigas.
Vigas de borda
Vantagens da laje plana
• Ausência de obstruções das vigas.
– Permite mudança de posições de paredes.
– Torna o lay-out das edificações mais flexível.
• Maior garantia de precisão para as fôrmas.
– Precisão geométrica de fachadas.
– Redução de desperdício (correção de fachadas).
– Redução de tempo de obras.
O custo da laje plana
a h pp Total
(m) (cm) (Kgf/m2) (Kgf/m2)
5,00 9,0 225 525 1,33
6,00 10,0 250 550 1,20
7,00 11,0 275 575 1,09
8,00 13,0 325 625 0,92
9,00 14,0 350 650 0,86
10,00 15,0 375 675 0,80
Eficiência
Melhorar a Eficiência:
- Lajes nervuradas
- Protensão
Outros exemplos
Laje plana protendida
Laje plana nervurada
Laje plana nervurada
Shopping Royal Plaza
Estruturas pré-moldadas
Lajes maciças pré-moldadas
Lajes maciças pré-moldadas
Edifícios altos pré-moldados
• Em edifícios de grande altura, há uma
dificuldade no transporte de elementos pré-
moldados. Nesses casos há uma preferência
pelas estruturas moldadas in-loco.
• O uso de elementos parcialmente pré-
moldados resolve em parte esse problema.
• Estruturas totalmente pré-moldadas só se
viabilizam em edifícios baixos.
• Pilares pré-moldados apresentam
dificuldades de emendas. Só são utilizados
se não fizerem parte da estrutura de
contraventamento.
Conexões em estruturas pré-
moldadas
Conexões em estruturas pré-
moldadas
Estruturas parcialmente pré-
moldadas
Estruturas parcialmente pré-
moldadas
Estruturas parcialmente pré-
moldadas
Edifícios em estruturas 
metálicas
Estruturas metálicas
Principais diferenças com 
estruturas de concreto
• Todo sistema de piso em estrutura metálico é
estruturado com vigas.
– Não se usam lajes planas.
• Os pisos são sempre em concreto.
• Pisos metálicos:
– Vibrações
– Ruídos
– Só são usados em obras industriais.
Sistemas construtivos usuais
• Lajes executadas com fôrmas metálicas
incorporadas (steel deck).
• Lajes executadas com painéis de pré-lajes
pré-moldadas, treliçados ou protendidas.
• Lajes maciças moldadas in-loco.
– Maior quantidade de escoramentos.
• O espaçamento entre vigas depende da
rigidez do steel deck ou do painel de pré-laje,
podendo variar de 1,50 m a 3,50 m.
Conexões em estruturas 
metálicas
Estruturas mistas
Estruturas mistas
Sistemas mistos
• Vantagens da estrutura mista:
– O aço do perfil trabalha à tração.
– O concreto da mesa à compressão.
– Não existe flambagem da mesa de concreto.
– A ligação se dá por conectores de cisalhamento:
• Pinos em vigas
• Mossas em steel deck.
• Elementos mistos:
– Lajes, tipo steel deck.
– Vigas.
– Pilares
Steel deck
Steel Deck Metform
Steel deck MF50
Steel deck MF50
Tabela de dimensionamento 
MF50
Tabela de dimensionamento 
MF 50
Piso para cinema
Sistemas de vigas em pisos 
metálicos
• Usual:
– Vigas de alma cheia em seção I.
• Para vãos maiores:
– Vigas treliçadas de banzos paralelos.
– Ex: World Trade Center.
Processos executivos
Concreto moldado in-loco X X X
Concreto parcialmente pré-moldado X
Concreto pré-moldado
Misto
Metálico
Concreto moldado in-loco X
Concreto parcialmente pré-moldado X X
Concreto
pré-moldado
Misto
Metálico
Concreto moldado in-loco X
Concreto parcialmente pré-moldado
Concreto pré-moldado X X X
Misto
Metálico
Concreto moldado in-loco X
Concreto parcialmente pré-moldado X
Concreto pré-moldado
Misto X X X
Metálico X X
d
Lajes Vigas Pilares
a
b
c
Alvenaria estrutural – Blocos 
de concreto
Alvenaria estrutural – Blocos 
cerâmicos
Paredes estruturais de 
concreto
Paredes pré-moldadas
Fachadas pré-moldadas
Fachadas pré-moldadas
New York by Ghery
07.06. Sistemas de coleta de 
carga ao longo dos 
pavimentos
Disposição dos pilares em 
planta
• Disposição dos pilares, ponto coletores de
carga:
– Depende do uso do edifício.
• Disposição modular:
– É sempre desejável.
– Nem sempre é possível.
• Arquitetura pode não ter sido desenvolvida de forma
modular.
• Edifícios para escritórios, garagens, shopping centers,
hospitais, hotéis, são mais fáceis de serem projetados
modularmente.
• Edifícios residenciais não aceitam modularização.
Disposições modulares
• Com os pilares distribuídos nos cruzamentos
dos eixos modulares:
– 7,50 X 7,50; 8,00 X 8,00; 10,00 X 10,00.
• Com os pilares distribuídos no núcleo e
periferia em balanço.
• Com os pilares distribuídos só na periferia.
– Situação pouco provável.
• Com pilares distribuídos no núcleo e na
periferia.
Continuidade dos pilares
Puerta de Europa
Puerta de Europa
Exemplos
Transmissão direta e indireta
• Transmissão direta:
– As cargas são acumuladas em cada andar e
acumuladas até a fundação.
• Transmissão indireta:
– As cargas são acumuladas de forma ascendente
em tirantes e ancoradas em vigas na cobertura,
ou pavimentos intermediários.
• Sistemas mistos:
• Vigas de transição:
– Usadas para desvio das cargas dos pilares.
Transmissão indireta
Transmissão indireta
Edifícios PGR - Brasília
Edifícios PGR - Brasília
Edifícios PGR - Brasília
Vigas de transição
Vigas de transição
Centro Empresarial do Aço
07.07. Exemplos
Exemplos
Exemplos
Torre Rio Sul
Torre Rio Sul
Torre Rio Sul
Exemplos
Exemplos
Burj Al Arab
Burj Al Arab
Edifícios de múltiplos 
pavimentos em aço
Hotel Aeroporto Internacional 
de Guarulhos
• Hotel de 5 e 4 estrelas com 384 quartos.
• Área de construção: 33.000 m2.
• Prazo de obra: 12 meses.
• Processo Construtivo:
– Estrutura Metálica
– Laje em Steel-Deck
– Fachada Pré-moldada de concreto
– Banheiro Pronto
– Dry-wall
Características da estrutura
• Dimensionada para ventos de 45 m/s.
• Proteção ao fogo de 2 horas (NFPA).
• 26.500 m2 de pavimento em estrutura
metálica em 13 pavimentos sobrepostos.
• 1.120 toneladas de aço (42,3 Kg/m2).
• Montagem em 47 dias (torre principal).
• Montagem total em 62 dias.
• Fachada montada em 4 meses.
Caesar Park Business Class
Vista geral da obra 03/04/00
Colocação do steel deck
Vista geral da obra 09/05/00
Vista frontal dia 01 de junho de 
2000
Vista geral 19/06/00
Fachada concluída
Banheiros prontos
Banheiros prontos
Banheiros prontos
Centro Cultural Itaú