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Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Contraventamento em Estruturas Metálicas Prof.° Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Pr. da República, 386 – 8. andar – www.multiplus.com – Tel.: (11) 3527-1711 São Paulo - SP Prof. Ivan Lippi Rodrigues Personalidade da Engenharia Estrutural contribuindo sistematicamente para o progresso e tradição de credibilidade e excelência em Engenharia Estrutural. Engenheiro pela Escola Nacional de Engenharia da Universidade do Brasil, pós- graduado nas Universidades de Lehigh e no Illinois Institute of Technology, professor da cadeira de Grandes Estruturas Metálicas e Pontes da Universidade Mackenzie, em São Paulo (SP), Ivan Lippi Rodrigues foi presidente do comitê de revisão da NBR 8800, Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios da ABNT e é membro vitalício da American Society of Civil Engineers, além de Árbitro da Confederação das Indústrias do Estado de São Paulo, tendo apresentado trabalhos em várias conferências no Brasil e no Exterior. Autor do livro Especificação para Estruturas de Aço de Edifícios Softwares Técnicos Sua estrutura está adequadamente contraventada? Ivan Lippi Rodrigues Engenheiro Civil e de Estruturas Softwares Técnicos Softwares Técnicos PORQUE CONTRAVENTAR? • Você precisa imobilizar sua estrutura • Sua estrutura precisa não só ser resistente mas também ser rígida. • A verificação de resistência não dispensa a verificação de rigidez. • Uma rigidez maior que a mínima não afeta a resistência da estrutura. • Ignorar a rigidez não é uma opção Softwares Técnicos ESTABILIDADE DE COLUNAS, VIGAS e estruturas em geral • Generalidades • Contraventamento de colunas • Contraventamento de vigas • Contraventamento de vigas-colunas • Contraventamentos contínuos • Contraventamentos mútuos Softwares Técnicos SISTEMAS DE CONTRAVENTAMENTO • Para colunas e vigas, são usados sistemas relativos ou nodais o que denominamos “contraventamentos laterais”. • Para vigas, um contraventamento resistente à torção é denominado nodal • O contraventamento pode ser também continuamente ligado à barra e é chamado contraventamento contínuo Softwares Técnicos CONDIÇÕES GERAIS PARA O dimensionamento • Colunas contraventadas em suas extremidades e em pontos intermediários dimensiona-se com K = 1,0 • Vigas contraventadas em pontos intermediários dimensiona-se com o comprimento entre pontos contraventados igual a L b • A avaliação de rigidez do contraventamento deverá incluir as propriedades da seção, os efeitos da ligação e os detalhes da ancoragem Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO LIGADO À MESAS COMPRIMIDAS mesas comprimidas Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO DISCRETO/nodal Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO CONTÍNUO Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO MÚTUO Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO DE COLUNAS Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO DE COLUNAS P rb = 0,01 P r br 1 8 P L b ( )r= br 8 P L b ( )r= = 0,75 = 2,00 Contraventamento nodal Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO DE VIGASP rb = 0,008 M Cr d h o br 1 4 M Cr d L b h o = 4 M Cr d L b h o br= = 0,75 = 2,00 Contraventamento relativo Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO DE VIGAS P rb = 0,02 M Cr d h o br 1 10 M Cr d L b h o = = 0,75 = 2,00 Contraventamento nodal br 10 M Cr d Lb h o = Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO NODAL DE VIGAS RESISTENTE À TORÇÃO CONTRAVENTAMENTO NODAL sec 1,5 h to w 3 12 t st bs 3 12 + 3,3 E h o = Rigidez da alma à distorção M rb n C Lb b = 0,024 M Lr = 1 n E I y Cb 2 2,4 L M r 2 br n E I y Cb 2 2,4 L M r 2 br = = 0,75 = 3,00 Softwares Técnicos SISTEMA RELATIVO TRACIONADO EXEMPLO 1 35 00 6000 6950 Rigidez do con traventamento = Contraventamento típico pa ra esta bilizar três paineis cargas majoradas70 t90 t 70 t W360 x 58 u Fy = 250 MPa F = 400 MPa Pu = 3 (230) = 690 t Força cortante no contraventamento = 0,004 ( 690) = 2,76 tPbr= br= 1 ( 2 P r L b ) = 2 x 690 0,75x 350 =0.53 t/cm Softwares Técnicos SISTEMA RELATIVO TRACIONADO EXEMPLO 1 De acordo com as recomendações de projeto, a força cortante e a rigidez devem ser perpendiculares à coluna, portanto para uma barra de seção circular rosqueada, Força cortante Rigidez do contraventamento P br = 2,76 / cos = 2,76 0,863 = 3,20 t = 0.75 ( 0,75 x F )u A g = 0,562 x 4 A g A g = 1,42 cm 2 A g E 695 cos 2 = 2,14 cm 2 A seção do tirante é dimensionada em função da rigidez e não da resistência á força axial. 3/4" Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RELATIVO COMPRIMIDO EXEMPLO 2 encurtamento L = 3500 P = 70 t L b = 6 95 0 W360 x 58 A c= 72,5 cm 2 sen = 0,503 6000 Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RELATIVO COMPRIMIDO EXEMPLO 2 USANDO OS DADOS DO EXEMPLO ANTERIOR br = 53 t/cm Pbr = 2,76 t Tentar para a diagonal comprimida perfil tubular com 88,9 mn de diâmetro. e 5,5 mm de espessursa de parede,ligado nas duas extremidades com chapas de gusset . Usar K = 0,85 e um comprimento de flambagem igual a 695 cm.. Área A = 14,4 cm 2 KL/r = 0,85 x 695 / 2,96 = 200 Valor limite da relação D/t (Tabela B4.1a do AISC) 0,11 E Fy D / t = = 0,11 x 2000/ 3,0 = 73 D / t = 88,9 /5,5 = 16 < 73 O.K.Valor atual Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RELATIVO COMPRIMIDO EXEMPLO 2 KL/r = 4.71 E / F y = 4,71 2000 / 3 =122 < 200 2 E KL/r( ) 2Fe = = 0,493 t/cm 2 F y F e = 3 / 0,493 = 6,08 Fcr = 0,877 Fe = 0,432 t/cm 2 Pn = Fcr A g = 0,432 x 14,4 = 6,22 t Pn = 0,90 x 6,22 = 5.6 t Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RELATIVO COMPRIMIDO EXEMPLO 2 Com tubo de 88,9 x 5,5 mm A = 14,4 cm 2 ( pela razão da rigidez ser expressa em termos de L que é o comrimento da coluna.) Rigidez vertical da coluna: A Ec L A Eb L Rigidez vertical do contraventamento sen3 Força adicional na diagonal: P sen A b sen 3 A c + A bsen 3( ) = 70 ( 14,4 ) ( 0,128 ) 0,503 [72,5 + 14,4 ( 0,128 ) ] = = 3,45 t Força total na diagonal:= 2,76 + 3,45 = 6,21 t > 5.6 t Portanto o tubo escolhido da diagonal de 88,9 x 5,5 mm não seria satisfatório Pn = 0,90 x 6,22 = 5.6 t Resistência da diagonal à compressão Softwares Técnicos COMBINAÇÃO DE CARGAS EXEMPLO 3 7,50 10,50 7,50 3, 50 W 11,0 7 0,5 P 0,5 PP P O contraventamento deve estabilizar 3 pórticos consecutivos de uma estrutura simples. Cargas nominais em cada pórtico Carga permanente : P = 22 t Sobrecarga: P = 22 t Vento: W = 3 t Aço: A36 D L Softwares Técnicos COMBINAÇÃO DE CARGAS EXEMPLO 3 Carga permanente e sobrecarga majoradas: P u = 1,2 ( 22 ) + 1.6 ( 22 ) = 61,6 t Carga permanente majorada mais vento: P u = 1,2 ( 22 ) + 0,5 ( 22 ) = 37,4 t vento = 1,3 ( 3 ) = 3,9 t Softwares Técnicos O contraventamento deve ser dimensionado para suportar: Efeitos de estabilidade da carga permanente: P u = 61,6 ( 0,5 + 1,0 + 1,0 + 0,5 ) x 3 = 554,4 t Efeitos de estabilidade da carga permanente mais vento: P u = 37,4 ( 3 ) x 3 = 336,6 t W = 3,9 x 3 = 11,7 t COMBINAÇÃO DE CARGAS EXEMPLO 3 Softwares Técnicos Carga permanente: P br = 0,004 (554,4 ) = 2,22 t Força no contraventamento: 2,22 ( 1107 / 1050 ) = 2,34 t 2,34 = 0,75 ( 0,75 x 4,0 ) A g A g = 1,04 cm 2 br = 2 ( 554,4 ) / (0,75 x 3,0) = 492,8 t/cm 492,8 = A g ( 2000) / 1107 ) ( 1050/1107) 2 A g = 303 cm2 COMBINAÇÃO DE CARGAS EXEMPLO 3 Softwares Técnicos Carga permanente mais vento Vento A gw = 11,7 (1107/1050) / 0,75(0,75 x 4,0) = 5,48 cm2 Estabilidade A gp = 1,04 ( 336,6 / 554,4 ) = 0,63 cm 2 Somando A gw + A gp = 6,11 cm 2 Tentar barra de seção circular com 3,2 cm de diâmetro (A g = 8 cm 2) O.K. COMBINAÇÃO DE CARGAS EXEMPLO 3 Softwares Técnicos Verificar a deslocabilidade da estrutura sob a ação do vento com as cargas majoradas. w = 11,7 (1107) / ( 8 x 2000) [ 1107 / 1050] 2 = 0,90 cm Índice de deslocabilidade w / L = 0,90 / 350 = 0,00257 Assumindo que a estrutura tenha uma deformação lateral inicial igual a 0,00200 ( por exemplo fora de prumo) a deslocabilidade total será: Total inicial / L = 0,00200 + 0,00257 =0,00457 A seção do contraventamento que estabiliza a estrutura é diretamente proporcional à deslocabilidade inicial. Seção transversal revisada: A gp = 0,63 ( 0,00457 / 0,002 ) = 1,44 cm 2 < 8 cm2 o.k. COMBINAÇÃO DE CARGAS EXEMPLO 3 Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO NODAL EXEMPLO 4 1,80 1,80 DET. A 2, 25 Pu = 80 t CONTRAVENTAMENTO X X DETALHE A Perfil HP200 x 52 1,80 1,80 F P L 48 EI 3 = F = F = 345 MPay Softwares Técnicos Coluna constituída de um perfil HP200 x 52 com uma altura de 9,0m, contraventada a cada 2,25 m está sujeita a uma carga axial majorada de 80 t, A flambagem em torno do eixo x-x controla o dimensionamento do contraventamento pois a rigidez à flexão desse contraventamento é inferior à sua rigidez axial em torno de y-y. CONTRAVENTAMENTO NODAL EXEMPLO 4 Softwares Técnicos Rigidez necessária do contraventamento c = 8 P u L b = 8 x 80 0,75 x 225 = 3,8 t/cm = 48 EI 360 3 I br 3,8 x 360 3 48 x 2000 = 1800 cm= 4 P br = 0,01 P = 0,01 x 80 = 0,8 tu Mbr = 0,8 x 3,60 / 4 = 0,72 t-m = 232 cmW br = 720 0,90 x 3,45 3 Pode ser usado para a coluna perfil HP200 x 35,9 I x = 3442 cm 4 W x = 342 cm 3 CONTRAVENTAMENTO NODAL EXEMPLO 4 Softwares Técnicos EXEMPLO DE ANÁLISE DE RIGIDEZ EXEMPLO 5 6000 45 00 F 7500 contrav 3/4" W 41 0 x 38 ,8 Analisar a eficácia do sistema de contraventamento da estrutura mostrada na figura e o efeito da ligação na rigiez do sistema Softwares Técnicos CHAPA QUADRADA DE ENRIJECIMENTO DA ALMA (EXEMPLO 5) t w = 6,4 mm T = 35 7 m m B B A A furo no centro para passagem do tirante T T SEÇÃO B-B Pbr SEÇÃO A-A EFEITO DA FLEXIBILIDADE NA LIGAÇÃO DO TIRANTE = C ( 1 - ) 2 Pbr T 2 E t w 3 Softwares Técnicos RIGIDEZ DO SISTEMA EXEMPLO 5 RIGIDEZ DA LIGAÇÃO lig = 0,138 ( 1 - 0,3 )2 P br (357 ) 2 x 10 5 (6,4 ) 3 2 T = 357 mm C = 0,138 para bordas simplesmente apoiadas = 0,067 para bordas engastadas = coeficiente de Poisson E = 2 x 10 5 MPa RIGIDEZ DO CONTRAVENTAMENTOcontr contr = A E L contr COS 2 = 284 ( 2 x 10 ) 5 7500 6000 7500 2 = 4847 N / mm P br lig = = 52 N / mm (em cada extremidade) Softwares Técnicos NECESSÁRIO ENRIJECER A ALMA EXEMPLO 5 1 sist contr 1 2 lig 1 = + 1 sist 1 2 x 52 1 = + 4847 000206 sist = 00962 + = 01168 N /mm 000206 N /mm < 01168 N/ mm usar chapa de enrijecimento da alma Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO I y =I ycI ef = yt It c( )+ : para seção duplamente simétrica n = número de contraventos ao longo do vão L = vão da viga L b = comprimento não contraventado M f = momento máximo da viga Resistência M br F br h b= = 0,005 L b h ( ) L M f 2 n E I Cef bb 2 Rigidez L n T* = 2,4 L M f 2 n E I Cef bb 2 T* = Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO 1 c 1 s 1 t 1 b 1 g + + + += 1 T A rigidez efetiva disponível do sistema é calculada como segue: T c t s, , + t s b s 3 12 t w 3 12 3,3E h i = h i h( ) 2 N + 1,5 h i( ) g 24 ( n - 1 )g 2 n g S 2 E I x L 3 = onde h = h h ou h i c s t b n g N = rigidez do contravento = número de vigas interconctadas = extensão de contato Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO EXEMPLO 6 e = 240 mesa inferior 32 x 400 mm mesa superior 19 x 200 mm alma 12,7 x 1240 mm Contraventamento resistente à torção (durante e após a construção) Aço ASTM A 36 Vão principal : L = 24,00 m Espessura da laje: 250 mm Cinco longarinas espaçadas de 240 cm Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO EXEMPLO 6 Peso próprio da viga de aço 245 kg / m Peso próprio da laje 625 x 240 1500 Total 1745 f Usando um coeficiente de majoração = 1,3 para o estágio de construção: Carga majorada 1,3 x 1745 = 2269 kg/m M x = 2,27 x 24 / 8 2 =163 m-t C b= 1.00 M br 0,005 L b ho ( ) f L M 2 n E I C ef bb 2 = M br = resistência do contravento à flexão M f = momento máximo na viga Ief = momento de inércia efetivo de perfis mono-simétricos Cbb = coeficiente de modificação do momento(viga totalmente contraventada) L = comprimento do vão L b = comprimento não contraventado Softwares Técnicos RIGIDEZ DE CONTRAVENTAMENTOS CONTRA TORÇÃO M br S Diafragma ou deck S M br 6 E I b S = b I b 2 E I b S = b Com vigas em continuidade Softwares Técnicos COMO VERIFICAR A RIGIDEZ DO CONTRAVENTAMENTO ESCOLHIDO h = h+ bh : M = F bh b = M S = espaçamento entre barras verticais A = área da seção da barra horizontal A = área da seção da diagonal E = módulo de elasticidade L = comprimento da diagonal (ais) h b = altura da estrutura contraventada h c c Softwares Técnicos COMO VERIFICAR A RIGIDEZ DO CONTRAVENTAMENTO ESCOLHIDO F F F F F F F F b E S h 22 b 2 L c 3 A c S 3 A h + = b A E S h bc L c 3 2 2 = b E S h 22 b 8 L c 3 A c S 3 A h + = 2 0 0 0 F F F F + 2 F L / S c 0 - F S h b 2 F h b S 2 F h b S Sistema tracionado é necessária barra horizontal Sistema tracionado/ comprimido horizontal não necessária Sistema em K diagonais dimensionadas como comprimida e tracionada Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO EXEMPLO 6 b s h s h c h t h h b REQUISITOS DE DIMENSIONAMENTO DE CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO EXEMPLO 6 I ef t cyc I += ytI 1,9 x 20 3 12 yc I = = 1267 cm 4 yt I 3,2 x 40 3 12 = = 17067 cm4 1 2 5 7 8 ,4 4 6 ,6 I ef += 1267 46,6 78,4 17067 = 11411 cm 4 25 Softwares Técnicos MOMENTO DE INÉRCIA DE PERFIS MONO- SIMÉTRICOS - EXEMPLO 6 O efeito do contraventamento resistente à torção para seções mono simétricas pode ser representado aproximadamente pela substituição de I por um I y ef I ef = Iyc + t c I yt c t aba tracionada aba comprimida x x y y Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO EXEMPLO 6 Tnec = 2,4 L M f 2 n E I Cef bb 2 = 2,4 x 2400 x 16300 2 (0,75) 4 (2000) 11411(1,0) 2 = 22352 t / rad I br min = 22352 x 240 9,6 x 2000 = 27,94 cm 4 Tentar perfil U 10" x 22,8 kg/m (d = 25,4 cm) I x = 2800 cm 4 W x = 221 cm 3 t f = 1,1 cm b = 6,6 cm J = 8,74 cm 4 b = 9,6 x 2000 x 2800 240 = 224000 t/rad 1 22352 1 224000 += sec 1 sec = 20324 t / rad 1 20324 = 2 c Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO EXEMPLO 6 25,4 b s h o h = 50 Sistema de quatro contraventamentos A rigidez do diafragma na viga externa é igual a 6 E I / W Como exisem diafragmas em ambos os lados nas vigas internas a rigidez deve ser multiplicada por 2, isto é 2 x 6 E I / W br br A rigidez disponível para cada viga é (2 x 6 + 3 x 12 )/ 5 = 9,6 E I / W br M br = 0,005 480 122,45 2400 x 16300 2 4 x 2000 x 10873 x 1,0 2 = 140 mt Wnec = = 14000 ( 0,9 ) 2,5 6222 cm 3 Softwares Técnicos CONTRAVENTAMENTO RESISTENTE À TORÇÃO – EXEMPLO 6 c = (2 x 20324) = 3,3 x 2000 50 122 50 2 1,5 x 50 x 1,27 12 3 + 0,95 b s 3 12 b s = 7,73 cm Usar enrijecedor 10 mm x 80 mm Softwares Técnicos