trabalho estruturas metálicas

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Universidade do planalto catarinense
NÚCLEO de Ciências Exatas e Tecnológicas
Curso de ENGENHARIA CIVIL
ANTERIO RONEI COELHO ROCHA
GUSTAVO GHIZONI ZANCHETT
HYANNA LARA HEMPKEMAIER GONÇALVES
KAUAN DAY FURTADO
RAFAEL SOUZA
tRABALHO FINAL DE ESTRUTURAS METÁLICAS 
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO
Lages (SC)
2018�
ANTERIO RONEI COELHO ROCHA
GUSTAVO GHIZONI ZANCHETT
HYANNA LARA HEMPKEMAIER GONÇALVES
KAUAN DAY FURTADO
RAFAEL SOUZA
tRABALHO FINAL DE ESTRUTURAS METÁLICAS 
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO
Trabalho do Curso de Engenharia Civil submetido à Universidade do Planalto Catarinense para obtenção dos créditos da disciplina de Estruturas Metálicas, apresentado ao Professor Diogo F. Steinheuser
Lages (SC)
2018�
Sumário
31 Introdução	
1.1 Apresentação	3
1.2 Objetivo	3
2 DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO	4
2.1 Áreas de influência	4
2.2 Cargas permanentes	5
2.3 Cargas acidentais	10
2.4 Cargas de vento	10
2.5 Escolha do perfil	15
2.6 Cargas nos pilares	15
2.7 Cargas nos pilares	17
3 Considerações finais	19
Referências Bibliográficas	20
� 
�
Introdução
Apresentação
A verificação de cargas presentes em uma estrutura pode ser realizada de diferentes maneira e considerando fatores internos e externos, no entanto escolher e dimensionar materiais que tenham resistência necessária para suportar tais cargas é de responsabilidade do projetista. O estudo e aplicação dos métodos de dimensionamento será o tema deste trabalho.
Objetivo
 O presente trabalho tem como objetivo interligar os conhecimentos adquiridos durante o semestre lecionado, conhecimentos de software que possam como ferramenta auxiliar no desempenho das atividades de dimensionamento e cálculo, além de criar e desenvolver pesquisa e prática, já que o mesmo necessita de conhecimento específico pra chegar aos resultados.
Chegar em um perfil que com suas característica de fabricação possa suprir todas as necessidades de cargas da estrutura em questão, seja permanente, variável e de vento, isolada ou em combinações.
�
DIMENSIONAMENTO DE GALPÃO
Áreas de influência
De acordo com o projeto e medidas estabelecidas no mesmo, para cada pilar encontramos as seguintes áreas de influência: 
Tabela 01 - Áreas de influência para telhado e treliça.
	PILAR
	L1
	L2
	ÁREA
	P01
	2,35
	1,85
	4,3475
	P02
	2,35
	3,7
	8,695
	P03
	2,35
	4,05
	9,5175
	P04
	2,35
	2,15
	5,0525
	P05
	4,85
	5,85
	28,3725
	P08
	4,85
	5,85
	28,3725
	P09
	4,85
	5,85
	28,3725
	P10
	4,85
	5,85
	28,3725
	P11
	4,85
	5,85
	28,3725
	P12
	4,85
	5,85
	28,3725
	P13
	4,85
	5,85
	28,3725
	P14
	4,85
	5,85
	28,3725
	P15
	2,35
	1,85
	4,3475
	P16
	2,35
	3,7
	8,695
	P17
	2,35
	4,05
	9,5175
	P18
	2,35
	2,15
	5,0525
Fonte: Autores do trabalho.
As áreas acima serão utilizadas para dimensionar as cargas de telha.
Tabela 02 - Áreas de influência para laje.
	PILAR
	L1
	L2
	ÁREA
	P01
	2,57
	1,95
	5,0115
	P02
	2,57
	3,7
	9,509
	P03
	2,57
	1,95
	5,0115
	P05
	3,7
	0,755
	2,7935
	P06
	3,7
	3,72
	13,764
	P07
	3,7
	3,125
	11,5625
Fonte: Autores do trabalho.
A tabela acima são as áreas de influência da laje nos pilares descritos.
Cargas permanentes
As cargas permanentes do projeto em questão são:
Carga de telhado
Telhado de 6mm de fibrocimento, que atinge 18kg por m² de estrutura.
Tabela 03 - Carga das telas no telhado.
	ÁREA DE TELHADO
	TELHA FIBROCIMENTO
	m²
	KN/m²
	294
	0,18
	Total 52,92 kN
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 04 - Carga das telhas por área de influência.
	PILAR
	ÁREA
	CARGA DO TELHADO 0,18kN/m²
	P01
	4,3475
	0,78255
	P02
	8,695
	1,5651
	P03
	9,5175
	1,71315
	P04
	5,0525
	0,90945
	P05
	28,3725
	5,10705
	P08
	28,3725
	5,10705
	P09
	28,3725
	5,10705
	P10
	28,3725
	5,10705
	P11
	28,3725
	5,10705
	P12
	28,3725
	5,10705
	P13
	28,3725
	5,10705
	P14
	28,3725
	5,10705
	P15
	4,3475
	0,78255
	P16
	8,695
	1,5651
	P17
	9,5175
	1,71315
	P18
	5,0525
	0,90945
Fonte: Autores do trabalho.
A tabela acima demonstra o valor de carga em cada pilar em relação as suas áreas de influência.
Carga da treliça
A treliça indicada no roteiro tem 9,41kg/m, pelas bases do projeto em AutoCAD foram retiradas as metragem da estrutura, gerando uma metragem total, assim chegando no peso total da treliça.
Tabela 05 - Medidas de comprimento da treliça.
	METRAGEM
	QUANT.
	 
	5,91
	2
	11,82
	1,855
	2
	3,71
	1,635
	2
	3,27
	0,47
	2
	0,94
	0,86
	2
	1,72
	1,2
	1
	1,2
	11,6
	1
	11,6
	TOTAL DE METROS POR TRELIÇA = 34,26m
	
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 06 - Peso próprio de treliça.
	METRAGEM DE TRELIÇA
	PESO 9,41KG/m
	
	
	34,26
	322,3866
	ou 3,22KN
Fonte: Autores do trabalho.
Cada treliça tem seu peso dividido em dois pilares, sendo assim cada pilar que apóia a treliça terá a carga de 3,22/2= 1,61kN, sendo eles os P05, P08, P09, P10, P11, P12, P13 e P14. As treliças das faces estão apoiadas em quatro pilares, dividindo sua carga neles 3,22/4=0,805kN para os pilares P01, P02, P03, P04, P15, P16, P17 e P18.
Carga da parede
Na NBR 6120 encontramos o valor de 13kN/m³ como carga para o tijolo furado. As dimensões encontradas em projeto para diferentes parede foram conforme tabela abaixo.
Tabela 07 - Medidas de paredes.
	L1
	H
	L2
	m³
	3,7
	5,5
	0,14
	2,849
	4,4
	5,5
	0,14
	3,388
	4,9
	5,5
	0,14
	3,773
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 08 - Cargas por paredes.
	m³
	CARGA DE 13 Kn/M³
	2,849
	37,037
	3,388
	44,044
	3,773
	49,049
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 09 - Cargas de parede em cada pilar.
	PILAR
	ÁREA m³
	CARGA DE PAREDE POR PILAR kN
	P01
	3,311
	43,043
	P02
	2,849
	37,037
	P03
	3,1185
	40,5405
	P04
	3,5805
	46,5465
	P05
	3,773
	49,049
	P08
	3,773
	49,049
	P09
	3,773
	49,049
	P10
	3,773
	49,049
	P11
	3,773
	49,049
	P12
	3,773
	49,049
	P13
	3,773
	49,049
	P14
	3,773
	49,049
	P15
	3,311
	43,043
	P16
	2,849
	37,037
	P17
	3,1185
	40,5405
	P18
	3,5805
	46,5465
Fonte: Autores do trabalho.
Carga da laje
Considerando uma laje com 10cm de espessura e peso específico de 25kN/m³ teremos os seguintes valores:
Tabela 10 - Cargas da laje.
	ÁREA DA LAJE
	PESO
	ESPESSURA
	m²
	KN/m³
	m
	45,51
	25
	0,1
	Total 113,75 kN
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 11 - Cargas da laje em cada pilar.
	PILAR
	ÁREA
	ESP.
	PESO
	CARGA kN
	P01
	4,5325
	0,1
	25
	11,33
	P02
	9,065
	0,1
	25
	22,6625
	P03
	4,7775
	0,1
	25
	11,93
	P05
	2,7935
	0,1
	25
	6,98
	P06
	13,764
	0,1
	25
	34,41
	P07
	11,5625
	0,1
	25
	28,9
Fonte: Autores do trabalho.
Carga da escada 
Como consideramos uma escada de proporções iguais a da laje, usamos a área de influência da escada agindo como área de laje.
Carga das vigas 
A viga adotada tem por peso próprio 24 kg/m ou 0,24kN/m, é do perfil W150x24.
Tabela 12 - Cargas de viga por metro.
	m
	CARGA DE 0,24 Kn/m
	4,9
	1,176
	4,4
	1,056
	3,7
	0,888
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 13 - Cargas de viga por pilar.
	PILAR
	METRAGEM
	CARGA DE VIGA POR PILAR kN
	P01
	4,3
	1,032
	P02
	3,7
	0,888
	P03
	4,05
	0,977
	P04
	4,65
	1,116
	P05
	4,9
	1,176
	P08
	4,9
	1,176
	P09
	4,9
	1,176
	P10
	4,9
	1,176
	P11
	4,9
	1,176
	P12
	4,9
	1,176
	P13
	4,9
	1,176
	P14
	4,9
	1,176
	P15
	4,3
	1,032
	P16
	3,7
	0,888
	P17
	4,05
	0,977
	P18
	4,65
	1,116
Fonte: Autores do trabalho.
Na tabela abaixo veremos os pilares que tem influência das vigas do mezanino.
Tabela14 - Cargas de viga por pilar.
	PILAR
	METRAGEM
	CARGA DE VIGA POR PILAR Kn
	P01
	4,3
	1,032
	P02
	3,7
	0,888
	P03
	4,3
	1,032
	P05
	4,325
	1,038
	P06
	7,4
	1,776
	P07
	6,775
	1,626
Fonte: Autores do trabalho.
Cargas acidentais
É a carga de utilização da laje do mezanino, que como pedida no roteiro será utilizada como escritório.
Tabela 15 - Carga de uso de escritório na laje.
.
	ÁREA DA LAJE
	CARGA DE ESCRITÓRIO
	m²
	KN/m²
	39,09
	2
	Total 78,18 kN
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 16 - Carga de uso de escritório na laje em relação as áreas de influência.
	PILAR
	ÁREA
	CARGA DE USO DE ESCRITÓRIO 2KN/m²
	P01
	4,3475
	8,695
	P02
	8,695
	17,39
	P03
	9,5175
	19,035
	P05
	2,7935
	5,587
	P06
	13,764
	27,528
	P07
	11,5625
	23,125
Fonte: Autores do trabalho.
Cargas de vento
Todos os elemento de cálculo, imagens e geração de resultados das cargas de vento foram gerados e retirados do Software Visual Ventos, que necessita da colocação adequada dos dados e interpretação das tabelas para gerar os fatores de S1, S2 e S3.
Utilizamos uma única abertura de entrada na face frontal do galpão e uma entrada de cargas na face lateral.
Fica a cargo do projetista apenas analisar os resultados finais e então a carga final de vento para as áreas de treliça.
Dados Geométricos
b = 11,80 m 
a = 24,50 m 
b1 = 2 * h
b1 = 2 * 5,50
b1 = 11,00m
ou
b1 = b/2
b1 = 11,80/2
b1 = 5,90m
Adota-se o menor valor, portanto
b1 = 5,90 m 
a1 = b/3
a1 = 11,80/3
a1 = 3,93m
ou
a1 = a/4
a1 = 24,50/4
a1 = 6,13m
Adota-se o maior valor, porém a1 <= 2 * h 
2 * 5,50 = 11,00 m
Portanto
a1 = 6,13 m 
a2 = (a/2) - a1
a2 = (24,50/2) - 6,13
a2 = 6,13 m 
h = 5,50 m 
h1 = 1,20 m 
ß = 11,50 ° 
d = 4,90 m 
Área das aberturas - Fixas
Face C2 = 2,10 m² 
Movéis
Face A1 = 6,30 m² 
Velocidade básica do vento
Vo = 43,00 m/s 
Fator Topográfico (S1)
Terreno plano ou fracamente acidentado
S1 = 1,00
Fator de Rugosidade (S2)
Categoria III
Classe B
Parâmetros retirados da Tabela 2 da NBR6123/88 que relaciona Categoria e Classe
b = 0,94
Fr = 0,98
p = 0,10
S2 = b * Fr *(z/10)exp p
S2 = 0,94 * 0,98 *(12,20/10)exp 0,10
S2 = 0,94
Fator Estático (S3)
Grupo 3
S3 = 0,95
Velocidade Característica de Vento Pressão Dinâmica
Vk = Vo * S1 * S2 * S3 q = 0,613 * Vk²
Vk = 43,00 * 1,00 * 0,94 * 0,95 q = 0,613 * 38,42²
Vk = 38,42 m/s q = 0,91 kN/m²
Coeficiente de pressão externa Coeficiente de pressão interno
Paredes Cpi 1 = 0,20
Vento 0° Cpi 2 = -0,30
Cpe médio = -1,00
 
Esforços Resultantes
Vento 0° - Cpi = 0,20
Vento 0° - Cpi = -0,30
Vento 90° - Cpi = 0,20
Vento 90° - Cpi = -0,30
Ao analisar os resultados obtidos do software, constatamos que a pior situação para barlavento e sotavento é a carga de 5,94 kN/m.
Tabela 17 - Carga do vento por área de influência.
	PILAR
	ÁREA
	CARGA DO VENTO 5,94kN/m
	P01
	4,3475
	25,82415
	P02
	8,695
	51,6483
	P03
	9,5175
	56,53395
	P04
	5,0525
	30,01185
	P05
	28,3725
	168,53265
	P08
	28,3725
	168,53265
	P09
	28,3725
	168,53265
	P10
	28,3725
	168,53265
	P11
	28,3725
	168,53265
	P12
	28,3725
	168,53265
	P13
	28,3725
	168,53265
	P14
	28,3725
	168,53265
	P15
	4,3475
	25,82415
	P16
	8,695
	51,6483
	P17
	9,5175
	56,53395
	P18
	5,0525
	30,01185
Fonte: Autores do trabalho.
Escolha do perfil 
Cargas nos pilares
Para encontrar o pilar com maior carga atuante iremos analisar as somas das cargas permanentes, cargas de vento e quando existir as cargas acidentais, todas encontradas nos itens anteriores do trabalho, nos pilares P02, P07 e P12.
Tabela 18 - Carga do pilar 02.
	PILAR 02
	DESCRIÇÃO
	VALOR DE CARGA
	TELHADO
	1,5651
	TRELIÇA
	0,805
	PAREDE
	37,037
	LAJE
	22,6625
	VIGA
	0,888
	VIGA MEZANINO
	0,888
	ESCRITÓRIO
	17,39
	VENTO
	51,6483
	P. PRÓPRIO
	1,2375
	TOTAL = 134,1214 KN
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 19 - Carga do pilar 07.
	PILAR 07
	DESCRIÇÃO
	VALOR DE CARGA
	TELHADO
	*
	TRELIÇA
	*
	PAREDE
	*
	LAJE
	28,9
	VIGA
	*
	VIGA MEZANINO
	1,626
	ESCRITÓRIO
	23,125
	VENTO
	*
	P. PRÓPRIO
	0,585
	TOTAL = 54,236KN
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 20 - Carga do pilar 12.
	PILAR 12
	DESCRIÇÃO
	VALOR DE CARGA
	TELHADO
	5,10705
	TRELIÇA
	1,61
	PAREDE
	49,049
	LAJE
	*
	VIGA
	1,176
	VIGA MEZANINO
	*
	ESCRITÓRIO
	*
	VENTO
	168,53
	P. PRÓPRIO
	1,2375
	TOTAL = 226,709 KN
Fonte: Autores do trabalho.
Então o pilar 12 é o que esta submetido a maior carga de ações, principalmente carga de vento, isso devido a sua grande área de influência na cobertura. 
Cargas nos pilares
O perfil escolhido é o W 150x22,5, sendo bi-rotulado, tensão de 226,709 KN, carga do P12, aço de MR-250 com resistência de 250MPa. 
Tabela 21 - Características do perfil selecionado.
Fonte: Gerdau.
No entanto este perfil não passou na resistencia nominal em Y, Nd solicitado < Ndrx, 226,709 < 451,47, mas Nd solicitado > Ndry , 226,709 >199,70.
Então optamos pela troca do perfil, para W 150x29,8, com demais condições mantidas.
Tabela 21 - Características do perfil selecionado.
Fonte: Gerdau.
Foram utilizados as bases da NBR 8800/2008 para as verificações, usando as seguintes formulas:
Comprimento de Flambagem: L=k.l;
Índice de esbeltez reduzido: ℷo=0,0133.ℷx, para MR-250;
Flambagem local: Mesa = bf/tf e alma = ho/to;
Qa = 1 e Qs = 1, pois não flambou na mesa nem na alma;
Q = Qa.Qs;
Esforço axial resistente de projeto: Nd = (Q.Ag.fc)/γa1, considerando fcx, para esforço axial resistente de projeto no eixo x, e fcy para o eixo y;
Neste caso obtivemos sucesso no dimensionamento, tanto Ndrx e Ndry passaram na resistência, como veremos nas tabelas.
Tabela 22 - Cálculos do perfil.
	X-X
	Y-Y
	Ix
	1739
	Iy
	556
	ix
	6,72
	iy
	3,8
	
	
	
	
	λx
	81,84
	λy
	143,97
	λ0x
	0,92
	λ0y
	1,67
	x
	0,702
	x
	0,314
	
	
	
	
	fcx
	175,5 Mpa
	fcy
	78,5 Mpa
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 23 - Cálculos do perfil.
	ALMA
	138/6,6
	20,9
	< 42,1 OK
	MESA
	153/2*9,3
	8,22
	< 15,8 OK
	Ncrdx
	1*38,5*17,55/1,1
	614,25
	>226,709
	Ncrdy
	1*38,5*7,85/1,1
	274,925
	>226,709
Fonte: Autores do trabalho.
Tabela 24 - Cálculos do perfil.
Fonte: Autores do trabalho.
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Considerações finais
A experiência de aplicar a teoria em um projeto que realmente possa existir torna a visão de futuro profissional ampliada, garante muito mais pesquisa e contato com o assunto, concluímos que o Pilar 12 é o que mais sofre as ações de cargas, principalmente as cargas de vento e utilizando o perfil W 150X29,8 para o mesmo poder suportar essas cargas e resistir aos esforços.
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Referências Bibliográficas
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BELLEI, Ildony H.; PINHO, FernandoO.; PINHO, Mauro O.. Edificios de multiplos andares em aço. 02. ed. São Paulo: Pini Ltda, 2008. 600 p.