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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. � 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. � Referências Bibliográficas ABNT, 2013, Cargas para o cálculo de estruturas de edificações, NBR 6120, Rio de Janeiro, RJ, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), 1980. 06p. ABNT, 2013, Forças devidas ao vento em edificações, NBR 6123, Rio de Janeiro, RJ, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), 1988. 66p. ABNT, 2013, Projetos em estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios, NBR 8800, Rio de Janeiro, RJ, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), 2008. 247p. BELLEI, Ildony H.; PINHO, FernandoO.; PINHO, Mauro O.. Edificios de multiplos andares em aço. 02. ed. São Paulo: Pini Ltda, 2008. 600 p.
