sistemas estruturais madeiras e metais

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Projeto de Galpão Metálico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Disciplina: IC642 - Estruturas Metálicas Compostas de Chapas Dobradas 
 
Professor: Profº Dr. João Alberto Venegas Requena 
 
Aluno: Hugo Machado 
 
R.A - 107140 
 
 
 
30/06/2011 
I- ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA PARA PROJETO DA ESTRUTURA METÁLICA: 
 
1) CARACTERÍSTICAS DA OBRA: 
 
 Área da cobertura em planta(42,42 x 30,3): 1285 m² 
 Larguras entre eixos (vãos): 6 m 
 Comprimento total: 42,42 m 
 Espaçamento entre Pórticos: 6,0 m 
 Pé-direito: 6 m 
Cobertura: duas águas 
Inclinação da cobertura: 20º 
 Pórticos: colunas e tesouras treliçadas em perfis dobrados a frio. 
 
2) NORMAS: 
 
No cálculo será utilizada a norma de perfis dobrados a frio NBR 14762/2010. 
 
3) MATERIAIS: 
 
3.1) AÇO ESTRUTURAL: 
 
 
 Perfis em chapa dobrada: Civil 300 (Fy = 300 MPa = 3000 kgf/cm²) 
 
3.2) PARAFUSOS, PORCAS E ARRUELAS: 
 
 ASTM A325: ligações principais (onde indicado) 
 ASTM A307: ligações secundárias 
 
 
3.3) SOLDAS: 
 
 Eletrodos: E70XX 
 Soldas: segundo AWS 
 
4) CARREGAMENTOS: 
 
 Peso próprio e Cargas permanentes 
 Sobrecarga acidental: 0,25 KN/m² (25 kgf/m²) 
 Vento: segundo NBR-6123/88 
 
5) DEFORMAÇÕES: 
 
 Para tesouras: L/300 
 Para terças: L/180 
 Para colunas: H/200 
 
6) ACABAMENTO DAS ESTRUTURAS: 
 
 Estrutura pintada com esmalte sintético dupla função. 
 
7) TELHAS: 
 
 TELHAS DA COBERTURA: aço trapezoidal,espessura 0,65mm. 
II) – ESTUDO DO VENTO (Segundo NBR-6123/88): 
 
1) Pressão dinâmica: 
 
V0= 45 m/s (Campinas-SP.) 
 
S1= 1,0 (Fator Topográfico) 
 
S2 (parede)= 0,872 - Categoria 3 
 
S2 (cobertura)= 0,932 -Classe B 
 
 
S3= 1,0 (Fator estatistico) 
 
Vk= V0.S1.S2.S3 
 
 
Vk(parede)= 45.1,0.0,782.1 = 39,24 m/s q(parede)= 94,38 Kg/m
2 
Vk(10 metros)= 38.1,0.0,83.1 = 31,54 m/s q(cob.)= 107,8 Kg/m
2 
 
 
 
2) Coeficientes de pressão externa “cpe”: 
 
a/b=1,4 ; h/b =0,2 ;=20º 
 
 
 
 
 
 
 
3) Coeficientes de pressão interna “cpi”: Calculados a partir do Anexo D-NBR6123 
 
Sucção 
Vento à 0º = +0,2 
Vento à 90º = +0,15 
 
Sobrepressão 
 
Vento à 0º = -0,49 
Vento à 90º = -0,37 
 
4) Combinações - (Cpe – Cpi): 
 
Vento à 0º 
 
V1 
 
-0,9-0,9
- 1- 1
Vento a 0°(cpi=+0,2)
 
 
 
V2 
+0,05
+ 0,11
Vento a 0°(cpi=-0,49)
+0,05
+0,11
 
 
 
 
 
 
 
 
Vento à 90º 
V3 
-0,55-0,55
- 0,55
Vento a 90°(cpi=+0,15)
- 0,55
 
 
V4 
 
-0,03-0,03
Vento a 90°(cpi=-0,37)
+1,07 +0,03
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III- ESPECIFICAÇÃO TELHA DE COBERTURA E FECHAMENTO: 
 
 
1) Carga máxima de Vento: 
 
 q= 0,9 x 107.8 = 98,81 Kgs/m2 
 
Espaçamento entre terças: 2,28 m. 
 
Portanto Telha Trapézio 40- esp:0,65mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IV) – Cálculo do Pórtico: 
 
1) Nós e Largura de influência. 
 
 
 
 
Nós 42;38;34;30;26;22;18 e Nós 46;50;54;58;62;66 = Largura de influência= 2,28m 
Nós 6;2;82;78 = Largura de influência = 1,5m 
Nós 4;80= Largura de influência = 2m 
 
 
 
 
2) Carregamentos: 
 
2.1) Peso Próprio e Cargas Permanentes: 
 
Peso próprio da tesoura: (4,5 kg/m²) x (6,0 m) ........................... 27 kgf/ml 
Peso das terças + correntes: (4,0 kg/m²) ) x (6,0) = .......................24 kgf/ml 
Peso das telhas: (6,25 kg/m²) x (6,0) = ...........................................37,5 kgf/ml 
Peso dos contraventos: (1,0 kg/m²) x (6,0)..................................... 6 kgf/ml 
 
Total: 94,5 kgf/ml 
 
- peso próprio das colunas:..............................................................20 kgf/ml 
 
-peso próprio do fechamento: 
 longarinas+correntes:(4 kg/m²) x (6,0 m).......24 kgf/ml 
 telhas: (6,25 kg/m²) x (6,0 m) ........................37,5 kgf/ml 
 Total: 81,5 kgf/ml 
 
2.2) Sobrecarga na cobertura: 
 
qsc = 25 kgf/m² x (6,0) = 150 kgf/ml 
 
 
 
 
2.3)Vento V1: 
 
qcol = 1 x (94,38 Kg/m²) x (6) = 566 Kg/ml 
 
 
qcob = 0,9 x (107,8 Kg/m²) x (6) = 582 Kg/ml 
 
2.4)Vento V2: 
 
qcol = 0,11 x (94,38 Kg/m²) x (6) = 62 Kg/ml 
 
 
qcob = 0,05 x (107,8 Kg/m²) x (6) = 32,3 Kg/ml 
 
2.5)Vento V3: 
 
qcol = 0,55 x (94,38 Kg/m²) x (6) = 311 Kg/ml 
 
 
qcob = 0,55 x (107,8 Kg/m²) x (6) = 355 Kg/ml 
 
 
2.6)Vento V4: 
 
qcol = 1,07 x (94,38 Kg/m²) x (6) = 606 Kg/ml 
qcol = 0,03 x (94,38 Kg/m²) x (6) = 17 Kg/ml 
qcob = 0,03 x (107,8 Kg/m²) x (6) = 19,4 Kg/ml 
 
 
3-) Esforços Máximos Caracteristicos: 
 
Barras Permanente Sobrecarga VentoV1 Vento V2 Vento V3 VentoV4 
Banzos Treliça 
15-17 ; 67-69 -4,59 -7,24 23,15 -1,21 16,23 2,89 
 32-34 ; 50-52 -2,25 -3,58 13,09 -0,70 8,60 1,10 
 17-19 ; 65-67 -3,34 -5,25 16,06 -0,82 11,64 2,38 
 7-16 ; 68-83 3,36 5,26 -15,61 0,74 -12,00 -3,00 
 Diagonal Treliça 
 67-68 ; 17-16 1,08 1,71 -6,11 0,32 -3,95 -0,43 
 Banzos Pilares 
 1-2 ; 78-77 -4,81 -7,18 19,20 -0,83 18,98 -1,18 
 8-9 ; 71-70 3,65 6,06 -13,22 0,41 -16,83 -9,27 
 Diagonal Pilares 
 12-5 ; 74-81 1,49 2,40 -7,49 0,38 -5,55 -1,27 
 Diagonal Transição 
15-7 ; 69-83 -2,18 -3,44 10,70 -0,55 7,66 1,48 
 
 
 
 
4)Combinações conforme NBR14762/2010 
 
4.1)Máxima Compressão 
 
Banzos Treliça ton 
15-17 ; 67-69 -17,61 
 32-34 ; 50-52 -8,77 
 17-19 ; 65-67 -12,74 
 7-16 ; 68-83 -18,49 
 Diagonal Treliça 
 67-68 ; 17-16 -7,47 
 Banzos Pilares 
 1-2 ; 78-77 -17,48 
 8-9 ; 71-70 -19,91 
 Diagonal Pilares 
 12-5 ; 74-81 -6,28 
 Diagonal Transição 
15-7 ; 69-83 -8,35 
 
4.2) Máxima Tração 
 
Banzos Treliça 
15-17 ; 67-69 27,82 
 32-34 ; 50-52 16,08 
 17-19 ; 65-67 19,14 
 7-16 ; 68-83 12,71 
 Diagonal Treliça 
 67-68 ; 17-16 4,18 
 Banzos Pilares 
 1-2 ; 78-77 22,07 
 8-9 ; 71-70 14,00 
 Diagonal Pilares 
 12-5 ; 74-81 5,78 
 Diagonal Transição 
15-7 ; 69-83 12,80 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5) Dimensionamento 
 
5.1) Comprimento de Flambagem 
 
Barras Comp. De Flambagem (m) 
 Ly/ Lz Lx 
Banzos Treliça 
15-17 ; 67-69 1,14 2,28 
 32-34 ; 50-52 1,14 4,56 
 17-19 ; 65-67 1,14 4,56 
 7-16 ; 68-83 1,14 2,28 
 Diagonal Treliça 
 67-68 ; 17-16 0,98 0,98 
 Banzos Pilares 
 1-2 ; 78-77 1,00 3,00 
 8-9 ; 71-70 0,50 3,00 
 Diagonal Pilares 
 12-5 ; 74-81 0,94 0,94 
 Diagonal Transição 
15-7 ; 69-83 1,09 1,09 
 
 
5.2)Perfis Adotados 
 
Banzos de Pilares e Treliça: 
 
Perfil Adotado : U 150x50# 4,75mm 
 
Propriedades Geométricas: 
 
bf = 5 cm bw = 15 cm 
A = 11.23007 cm2 
Ix = 349.58311 cm4 
Iy = 23.97176 cm4 
Ixy = 0 cm4 
It = 0.84324 cm4 
xc = -2.57475 cm 
yc = 0 cm 
r0 = 6.3161 cm 
rx = 5.57935 cm 
ry = 1.46103 cm 
Wx = 48.13537 cm3 
Wy = 6.30539 cm3 
Cw = 867.26663 cm6 
rm = 0.475 cm 
m = 8.81 kg/m 
 
 
 
 
Diagonais de Pilares e Treliça 
 
Perfil Adotado : U 140x50# 2,66mm 
 
Propriedades Geométricas 
 
bf = 5 cm bw = 14 cm 
A = 6.18175 cm2 
Ix = 176.63594 cm4 
Iy = 14.03817 cm4 
It = 0.14566 cm4 
xc = -2.69724cm 
yc = 0 cm 
r0 = 6.17412 cm 
rx = 5.34544 cm 
ry = 1.50695 cm 
Wx = 25.72243 cm3 
Wy = 3.64885 cm3 
Cw = 461.6965 cm6 
rm = 0.266 cm 
m = 4.85267 kg/m 
 
5.3)Dimensionamento a compressão 
 
Cálculo de Ne 
 
Ney- força axial de flambagem global elástica por flexão em relação ao eixo y: 
 
 
 
Nex- força axial de flambagem global elástica por flexão em relação ao eixo x: 
 
 
 
Nez-força axial de flambagem global elástica por torção: 
 
 
 
Nexz força axial de flambagem global elástica por flexo-torção 
 
 
 
 
 
Ne– Menor entre Ney e Nexz 
 
Barras Forças de Flambagem(KN) Força Critica(KN) 
 Nex Ney Nez Nexz Ne 
Banzos Treliça 
15-17 ; 67-69 1326,07 363,70 492,58 453,43 363,70 
 32-34 ; 50-52 331,52 363,70 492,58 274,26 274,26 
 17-19 ; 65-67 331,52 363,70 492,58 274,26 274,26 
 7-16 ; 68-83 1326,07 363,70 492,58 453,43 363,70 
 Diagonal Treliça 
 67-68 ; 17-16 3596,23 287,45 274,40 270,17 270,17 
 Banzos Pilares 
 1-2 ; 78-77 765,94 472,67 591,40 468,88 468,88 
 8-9 ; 71-70 765,94 1890,68 1877,48 697,64 697,64 
 Diagonal Pilares 
 12-5 ; 74-81 3908,80 312,44 295,71 291,19 291,19 
 Diagonal Transição 
15-7 ; 69-83 2907,01 232,36 227,42 223,82 223,82 
 
 
Cálculo de Nc,Rd 
 
Barras Força Resistente de Cálculo(KN) 
 λ0 χ Aef Ncrd 
Banzos Treliça 
15-17 ; 67-69 0,96 0,68 11,23 190,52 
 32-34 ; 50-52 1,11 0,60 11,23 167,89 
 17-19 ; 65-67 1,11 0,60 11,23 167,89 
 7-16 ; 68-83 0,96 0,68 11,23 190,52 
 Diagonal Treliça 
 67-68 ; 17-16 0,83 0,75 5,27 98,85 
 Banzos Pilares 
 1-2 ; 78-77 0,85 0,74 11,23 207,83 
 8-9 ; 71-70 0,69 0,82 11,23 229,37 
 Diagonal Pilares 
 12-5 ; 74-81 0,80 0,77 5,23 100,16 
 Diagonal Transição 
15-7 ; 69-83 0,91 0,71 5,36 94,73 
 
5.4)Dimensionamento a tração 
 
 
 
Barras Força resistente de Calculo 
 Ntrd (KN) 
Banzos Treliça 
15-17 ; 67-69 306,27 
 32-34 ; 50-52 306,27 
 17-19 ; 65-67 306,27 
 7-16 ; 68-83 306,27 
 Diagonal Treliça 
 67-68 ; 17-16 168,59 
 Banzos Pilares 
 1-2 ; 78-77 306,27 
 8-9 ; 71-70 306,27 
 Diagonal Pilares 
 12-5 ; 74-81 168,59 
 Diagonal Transição 
15-7 ; 69-83 168,59 
 
 
 
 
Conclusão: 
 
Comparando os esforços solicitantes com os resistentes, todos os perfis atendem ao 
dimensionamento. 
 
Banzo adotado= U 150x50# 4,75mm 
 
Diagonal adotado= U 140x50# 2,66mm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V) – VERIFICAÇÃO DAS TERÇAS 
 
1) TERÇAS TÍPICAS – Vão = 6 metros 
 
- Inclinação = 20º 
- Correntes: 02 linha de correntes. 
- Espaçamento entre terças : 2,28 m 
- Perfil adotado: U (165x60#4.75) 
 
1.1) Carregamentos e Esforços: 
 
1.1.1) Peso Próprio e Cargas Permanentes. 
- peso terças + correntes 10 kg/m 
- Cp (telhas): 6,25 kg/m² x (2,28) = 9,5kg/m 
 19, 5 kg/m 
 
Mx = 19,5 x (cos 20) x (6)²/8 = 82,45Kg.m = 82,45 kN.cm 
My = 4,7 kN.cm 
 
1.1.2) Sobrecarga 
qsc = 25 kg/m² x (2,28) = 57 kg/m 
 
Mx = 57 (cos 20º) x (6)²/8 = 241 kg.m = 241 kN.cm 
My = 13,81 kN.cm 
 
1.1.3) Homem de Manutenção: 
Mx = 100 x (cos 20º) x (6/4) = 141 Kg.m = 141kN.cm 
My = 0 
 
1.1.4) Vento de sucção: 
 qx = -0,9 x (107,8 Kg/m²) x (2,28) = -221Kg/ml 
 
 Mx= -221 x (6)²/8 = 994 kN.cm 
 My = 0 
 
1.1.5) Vento de sobrepressão: 
 qx = 0,05 x (107,8 Kg/m²) x (2,28) = 12,29 Kg/ml 
 
 Mx= 12,29 x (6)²/8 = 55 kN.cm 
 My = 0 
 
1.1.6) Combinações: 
 
1.1.6.1) 1,25 PP + 1,5 SC + 1,4.0,6.VSobrepressão: 
 
Mx = 510kN.cm 
My = 26,6kN.cm 
 
1.1.6.2) 1,0.PP+1,4.V.SUCÇÃO: 
Mx = 1309 kN.cm 
My = 4,7 kN.cm 
 
1.2)Perfil da Terça 
 
 Perfil U 165 x60 # 4,75 
 
-Caracteristicas geométricas: 
 
bf = 6 cm bw = 16.5 cm 
A = 12.79 cm2 Ix = 495.26 cm4 Iy = 41.21 cm4 
Ixy = 0 cm4 It = 0.96031 cm4 xg = -1.23cm 
yg = -8.0125 cm xc = -3.25588 cm yc = 0 cm 
r0 = 7.24755 cm rx = 6.22134 cm ry = 1.79473 cm 
Wx = 61.81 cm3 Wy = 9.10 cm3 Cw = 1776.79 cm6 
 
1.2.1)Cálculo do Momento Resistente em X. 
 
1.2.1.1)Verificação quanto ao inicio de escoamento da seção efetiva. 
 
 
MRd=Wef fy / 1,1 
 
Calculo de Wef 
 
 Cálculo das Larguras Efetivas 
 Largura efetiva mesa 
 Elemento AL 
 b= 5,05 cm 
 σ1= -30 kN/cm2 
 σ2= -30 kN/cm2 
 ψ= 1 
 k= 0,43 
 λp(b=5,05 t=0,475 k=0,43 σ=30 ): 
 λp=0,660976 [λp ≤ 0,673] 
 
 Portanto b=bef= 5,05 cm 
 
Largura efetiva alma 
Elemento AA 
 b= 14,6 cm 
 σ1= -30 kN/cm2 
 σ2= +30 kN/cm2 
 ψ= -1 
 k= 12 
 λp(b=14,6 t=0,475 k=12 σ=30 ): 
 λp=0,17 [λp ≤ 0,673] 
 
 Portanto b=bef= 14,6 cm 
 
Como b=bef W=Wef=61,81 cm3 
 
 
MRd=Wef fy / 1,1 = 61,81 x 30 / 1,1 = 1685 kN.cm 
 
1.2.1.2)Verificação quanto à Flambagem Lateral com torção. 
 
Mrd= χfltWeffy/1,1 
 
Calculo de χflt 
 
Ney= 203,392 kN 
Nez= 307,558 kN 
 
Me= 1812,684 kN.cm 
λ0= 1,011 
χflt = 0,794 
 
Calculo de Wef e MRd: 
 
Como σ=0,794 x 30 = 23,82 kN/cm2 
 
b=bef 
W=Wef 
 
Mrd= χfltWeffy/1,1= 0,794 x 61,81 x30 / 1,1 = 1338 kN.cm 
 
1.2.1.3)Verificação quanto à Flambagem distorcional 
 
Não se aplica 
 
1.2.1.4)Cortante resistente 
 
h= 14,6 cm 
barra sem enrijecedor de alma 
 kv= 5 
 h/t= 30,737 
 1,08(E.kv/fy)^0,5= 62,35 
 h/t <= 1,08(E.kv/fy)^0,5 
 
 Vrd=0,6 x 30 x14,6 x 0,475 /1,1= 113,48 kN 
 
1.2.2)Cálculo do Momento Resistente em Y. 
 
1.2.2.1)Verificação quanto ao inicio de escoamento da seção efetiva. 
 
 
MRd=Wef fy / 1,1 
 
Calculo de Wef 
Como k>0,43 e já verificado anteriormente W=Wef 
 
Portanto 
 
 
MRd=Wef fy / 1,1 = 9,1 x 30 / 1,1 = 248 kN.cm 
 
1.2.2.2)Verificação quanto à Flambagem Lateral com torção. 
 
Não se aplica pois o eixo é de menor inércia. 
 
1.2.2.3)Verificação quanto à Flambagem distorcional 
 
Não se aplica 
 
 
1.3) Dimensionamento das terças.(segundo NBR-14762/2010) 
 
1.3.1) Flexão Composta 
 
 
 
(1309/1338) + (4,7/248) = 0,99 < 1,0 ok! 
 
 
1.3.2) Momento Fletor e Cortante Combinados 
 
 
 
Verificação a 0,75m 
 
(562/1338)2 + (5 /113,48)2 = 0,17 < 1 ok!! 
 
1.4)Verificação da Flecha Máxima: 
 
 Combinações de Acordo com Anexo A-Nbr 14762/2010 
 
Flecha 1: 
 
 f= 5.M.l2/48.E.I onde: 
 
M=Mpp+Msc+0,4Mhom+ Vsob= 393,35kN.cm 
L=600 cm 
E=20000 KN/cm2 
I=495,26 cm4 
 
Portanto flecha : 
 
 f = 5x393,35x6002/ 48. (20000).(495,26)=1,48< L/180 ok!! 
 
 
 
 
 
Flecha 2: 
 
 f= 5.M.l2/48.E.onde: 
 
M=Mpp+ Vsuc= - 911,55kN.cm 
L=600 cm 
E=20000 KN/cm2 
I=495,26 cm4 
 
Portanto flecha : 
 
f = 3,45 < L/120 ok!! 
 
Portanto Perfil adotado para terças: U 165x60#4,75 
 
VI) – VERIFICAÇÃO DAS TERÇAS DE CONTRAVENTAMENTO 
 
1) TERÇAS TÍPICAS – Vão = 6 metros 
 
- Inclinação = 20º 
- Correntes: 02 linha de correntes. 
- Espaçamento entre terças : 2,28 m 
- Perfil adotado: 2U (165x60#4.75) 
 
1.1) Carregamentos e Esforços: 
 
Momentos = Mesmos valores encontrados para terça típica 
 
Normal Máxima= 59 kN x 1,4 =82,6kN 
 
1.2)Perfil da Terça 
 
 Perfil 2U 165 x60 # 4,75 
 
-Características geométricas: 
 
bf = 6 cm bw = 16.5 cm 
A = 25.59 cm2 Ix = 989.73 cm4 Iy = 121.50 cm4 
Ixy = 0 cm4 It = 1.92 cm4 xg = -5.76054 cm 
yg = -8.0125 cm xc = 0 cm yc = 0 cm 
r0 = 6.58958 cm rx = 6.21889 cm ry = 2.178 cm 
Wx = 123.52 cm3 Wy = 21.07 cm3 Cw = 7633.31 cm6 
 
1.2.1)Cálculode Momento Resistente em X e Y 
 
Como-se dobrou a seção das terças vamos considerar que os momentos resistentes 
dobraram. 
 
 
Portanto 
Mx=2676kN.cm 
My= 496kN.cm 
 
1.2.2)Cálculo da Normal Resistente de Compressão. 
 
 
Cálculo de Ne 
 
Barras Forças de Flambagem(KN) Força Critica(KN) 
 Nex Ney Nez Nexz Ne 
Terça de 
Contravento 
 542,13 598,97 1210,60 542,13 542,13 
 
Cálculo de Nc,Rd 
 
 
Barras Força Resistente de Cálculo(KN) 
 λ0 χ Aef Ncrd 
Terça de 
Contravento 
 1,19 0,55 25,59 353,67 
 
1.3) Dimensionamento das terças.(segundo NBR-14762/2010) 
 
1.3.1) Flexão Composta 
 
 
(82,6/353,67) + (1309/2676) + (4,7/496) = 0,73 < 1,0 ok! 
 
Portanto Perfil adotado para terças de Contraventamento: 2U 165x60#4,75 
 
VII) – Estimativa de Peso da Estrutura 
 
Pórticos = 7820 Kgs 
 
Terças e Longarinas = 13280 Kgs 
 
Contraventamentos e Tirantes, Mão Francesa = 2950 Kgs 
 
Pilares do Oitão= 2000 Kgs 
 
Peso/ m2 = 26050/1285 =20,2 Kg/m2 +- 3% 
 
 
 
 
VIII) – Projeto de Arquitetura 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IX) – Projeto Estrutural