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FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
PROJETO DE UM GALPÃO METÁLICO
Disciplina: Estruturas de aço
Professor:
Acadêmicos:
SUMÁRIO
1. CARACTERÍSTICAS GERAIS............................................................................................................4
1.1. Definição da obra:.................................................................................................................. 4
1.2. Definições da obra e de seu entorno:.....................................................................................4
1.3. Características do Galpão:.....................................................................................................4
1.4. Geometria:.............................................................................................................................. 5
2. SISTEMA ESTRUTURAL......................................................................................................6
2.1.1. Sistema Transversal:..............................................................................................................6
2.2. Sistema Longitudinal:.............................................................................................................6
2.3. Sistema Secundário:..............................................................................................................6
3. ESPECIFICAÇÃO DO MATERIAL........................................................................................6
4. NORMAS ADOTADAS..........................................................................................................7
5. PROGRAMAS COMPUTACIONAIS.....................................................................................7
6. CÁLCULO DA AÇÃO DO VENTO.........................................................................................7
6.1. Dimensões do Galpão:...........................................................................................................7
6.2. Determinação das Forças Estáticas Devido ao Vento:...........................................................7
6.3. Coeficientes de pressão externa – paredes...........................................................................9
6.4. Coeficientes de pressão externa – telhados.........................................................................10
6.5. Coeficientes de pressão externa mais desfavorável............................................................12
6.6. Coeficientes de pressão interna...........................................................................................13
6.7. Combinações dos coeficientes de pressão..........................................................................14
6.8. Cargas atuantes nos pórticos (KN/m)...................................................................................15
7. CARGAS ADOTADAS........................................................................................................16
7.1. Carga permanente (G).........................................................................................................16
7.2. Carga acidental - sobrecarga (Q1).......................................................................................16
7.3. Pressão dinâmica do vento (Q2)..........................................................................................16
8. COMBINAÇÕES................................................................................................................. 16
8.1. COMBINAÇÃO 01................................................................................................................17
8.2. COMBINAÇÃO 02................................................................................................................18
8.3. COMBINAÇÃO 03................................................................................................................18
8.4. COMBINAÇÃO 04................................................................................................................19
8.5. COMBINAÇÃO 05................................................................................................................20
8.6. COMBINAÇÃO 06................................................................................................................21
8.7. COMBINAÇÃO 07................................................................................................................22
8.8. DESLOCAMENTOS.............................................................................................................23
9. DIMENSIONAMENTO A TRAÇÃO.....................................................................................24
9.1. BANZOS............................................................................................................................... 24
9.2. DIAGONAIS......................................................................................................................... 24
9.3. MONTANTES....................................................................................................................... 25
2
10. DIMENSIONAMENTO A COMPRESSÃO, FLEXÃO, CISALHAMENTO E FLEXO-
COMPRESSÃO................................................................................................................................... 26
10.1. BANZOS............................................................................................................................... 26
10.2. DIAGONAIS......................................................................................................................... 26
10.3. MONTANTES....................................................................................................................... 26
11. DIMENSIONAMENTO DA TERÇA......................................................................................27
12. FLECHA DA TESOURA......................................................................................................28
13. LISTAGEM DE MATERIAL.................................................................................................28
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1. CARACTERÍSTICAS GERAIS
1.1. Definição da obra:
Obra: Galpão Industrial para fabricação de móveis
Local: Nova Bassano - RS
1.2. Definições da obra e de seu entorno:
O projeto visa à construção de um galpão industrial para fabricação de móveis.
A obra será executada na cidade de Nova Bassano – RS, apresentando como entorno
terreno que configura zona industrial tradicional.
1.3. Características do Galpão:
Abaixo está apresentadas as características do prédio em estudo:
• Área: 2.418 m²
• Largura entre Eixos das Colunas: 30 m
• Comprimento: 78 m
• Espaçamento entre Pórticos: 6 m
• Pé direito Livre: 7 m
• Altura máxima do Galpão (na cumeeira): 9,00 m
• Quantidade de Águas: 02 águas
• Ângulo de inclinação do telhado: 8% (7,6°)
• Cobertura e Fechamentos Laterais: Telhas trapezoidais (LR40) em aço galvanizado,
espessura 0,50 mm na cobertura e em aço galvanizado pré-pintado, espessura 0,50 mm no
fechamento lateral (ver especificações - Anexo A).
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2. SISTEMA ESTRUTURAL
2.1.1. Sistema Transversal:
Pórticos metálicos treliçados, formados por perfis U laminados, engastados na base
modulados a cada 6m. Os pilares das extremidades com altura de 7 m e as vigas de cobertura
vencendo 01 vão de 30 m engastadas no topo dos pilares.
2.2. Sistema Longitudinal:
Contraventos Verticais e Horizontais, contraventados em X, usando barras redondas de
aço ASTM A36.
2.3. Sistema Secundário:
Sistema de cobertura e fechamento, formado por terças metálicas em perfil U,
contraventadas e totalmente aparafusadas.
3. ESPECIFICAÇÃO DO MATERIAL
Estrutura: Aço ASTM A572
Fy = 345 MPa
Fu = 490 MPa
6
Contraventos: Aço ASTM A36
Fy = 250 MPa
Fu = 400 MPa.
4. NORMAS ADOTADAS
• NBR 6123/1988 – Forças devidas ao Vento
• NBR 8800/2008 – Projeto e Execução de estruturas de aço e de estruturas mista de aço
e concreto de edifícios
• NBR 8681/2003 – Ações e Segurança nas Estruturas
• NBR 6120/1988 – Cargas para Cálculo de Estruturas em Edificações
5. PROGRAMAS COMPUTACIONAIS
• Mastan2 v3 – Análise Estrutural
• Autocad 2009: - Desenhos
• Visualventos 2.0.2. – Forças Devido ao Vento
• Ftool – Versão educacional 2.11 – Análise Estrutural
• Programas elaborados no Microsoft Excel versão 2007
6. CÁLCULO DA AÇÃO DO VENTO
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6.1. Dimensões do Galpão:
6.2. Determinação das Forças Estáticas Devido ao Vento:
• Velocidade Básica do Vento (V0)
NBR 6123/88, capítulo 4.2, item a, figura 1, página 6.
Dada em função da localização geográfica.
Cidade de Nova Bassano: V0 = 45 m/s
• Velocidade Característica do Vento
NBR 6123/88, capítulo 4.2, item b.
Dada em função dos fatores S1, S2 e S3.
Vk = V0 x S1 x S2 x S3
S1 – Fator topográfico - NBR 6123/88, capítulo 5.2, item a.
Terreno plano ou fracamente acidentado.
S1 = 1
S2 – Fator de rugosidade - NBR 6123/88, capítulo 5.3.1
Terreno com poucos obstáculos, com cota média do topo igual a 3m.
Categoria III
NBR 6123/88, capítulo 5.3.2 e 5.3.3
Dimensão horizontal ou vertical maior que 50 m.
Classe C
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Fatores a considerar – Tabela 1 –Parâmetros meteorológicos
b = 0,93
p = 0,115
Fr = 0,95
Z = 9 m
S2 = b x Fr x (Z / 10)p
S2 = 0,93 x 0,95 x (9 / 10)0,115
S2 = 0,87
S3 – Fator estatístico - NBR 6123/88, capítulo 5.4, Tabela 3 – Valores mínimos do fator
estatístico S3.
Para grupo 2 – Edificações para indústria com alto fator de ocupação
S3 = 1
Vk = V0 x S1 x S2 x S3
Vk = 45 x 1 x 0,87 x 1
Vk = 39,28 m / s
• Pressão dinâmica do vento (q)
NBR 6123 / 1998, capítulo 4.2 item c.
Dada em função da velocidade característica do vento (Vk).
q = 0,613 x Vk2
q = 0,613 x (39,15) 2
q = 945,81 N/m² = 0,946 KN/m²
6.3. Coeficientes de pressão externa – paredes
• Para paredes laterais e frontais
NBR 6123/88, capítulo 6.1 – Tabela 4 – Coeficientes de pressão e de forma, externos,
para paredes de edificações de planta retangular.
a = 78 m; b = 30 m; h = 7 m
9
Relações para entra na Tabela 4
h/b = 7/30 = 0,23 - h / b < 1/2 - 0,23 < 0,50a/b = 78/30 = 2,6 - 2 < a/b < 4 - 2 < 2,6 < 4
Tabela 4 – Coeficientes de pressão e de forma, externos, para paredes de edificações de
planta retangular.
Valores de Ce para
Cpe
médio
α = 0º α = 90º
A1 e B1 A2 e B2 C D A B C1 e D1 C2 e D2
-0,8 -0,4 +0,7 -0,3 +0,7 -0,5 -0,9 -0,5 -1,0
Notas:
b)Para vento a 0º , nas partes A3 e B3, o coeficiente de forma Ce tem o seguinte valor:
-para a/b > 2 (2,6): Ce = -0,2
Vento a 0º Vento a 90º
10
6.4. Coeficientes de pressão externa – telhados
• Para telhados com duas águas, simétricos
NBR 6123/88, capítulo 6.1 – Tabela 5 – Coeficientes de pressão e de forma, externos,
para telhados com duas águas, simétricos, em edificações de planta retangular.
Relações para entrar na Tabela 5
Altura relativa: h/b = 7/30 = 0,23 - h/b < 1 / 2 - 0,23 < 0,50
Tabela 5 – Coeficientes de pressão e de forma, externos, para telhados com duas águas,
simétricos, em edificações de planta retangular.
θ
Valores de Ce para Cpe médio
α = 90º α = 0º
EF GH EG FH
7,6º -1,06 -0,4 -0,8 -0,50 -1,40 -1,30 -0,58 -1,10
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Notas:
d) Para vento a 0º, nas partes I e J o coeficiente de forma Ce tem os seguintes valores:
a / b = 78 / 30 = 2,6, então Ce = -0,2
y = h ou 0,15 x b (o menor dos dois)
Logo: y = 0,15 x b = 4,5
b/3 ou a/4 (o maior dos dois, porém ≤ 2h
logo: usar 2h = 2*7 = 14m
Vento a 0º CPE Médio
Vento a 90º CPE Médio
12
Coeficiente de dimensionamento para as terças: - 1,4
6.5. Coeficientes de pressão externa mais desfavorável
1,06 0,40
0,70 0,50
Para 90°
I
0,80 0,80
0,80 0,80
Para 0°
II
13
6.6. Coeficientes de pressão interna
Considerando-se duas faces opostas igualmente permeáveis e as outras duas
impermeáveis, temos Cpi = -0,30 ou +0,20 (usar o mais nocivo), conforme NBR
6123/88, item 6.2.5.
III
IV
0,20
0,30
14
6.7. Combinações dos coeficientes de pressão
Abaixo as combinações de pressão, para vento a 0° e 90°, combinando pressão
interna e externa, conforme calculado acima.
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0,76 0,10
1,00 0,20
Para 90°
V=I+III
1,26 0,60
0,50 0,70
Para 90°
VI=I+IV
0,50 0,50
0,50 0,50
Para 0°
VII=II+III
1,00 1,00
1,00 1,00
Para 0°
VIII=II+IV
6.8. Cargas atuantes nos pórticos (KN/m)
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Serão analisadas apenas as combinações VI e VIII, por serem visualmente mais
nocivas. As combinações V e VII serão descartadas.
Carga: Coeficiente x q x d (N/m)
Vento 1
Q1= 1,26 x 946 x 6 = 7152 N/m
Q2 = 0,6 x 946 x 6 = 3406 N/m
Q3 = 0,5 x 946 x 6 = 2838 N/m
Q4 = 0,7 x 946 x 6 = 3973 N/m
3.973
VI=I+IV
2.838
7.152 3.406
Vento 2
Q1 = 1 x 946 x 6 = 5676 N/m
Q2 = 1 x 946 x 6 = 5676 N/m
Q3 = 1 x 946 x 6 = 5676 N/m
Q4 = 1 x 946 x 6= 5676 N/m
5.676
VIII=II+IV
5.676
5.676 5.676
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7. CARGAS ADOTADAS
7.1. Carga permanente (G)
Conforme norma nbr6123/80, tabela 1 – Peso específico dos materiais de
construção, metais, para o aço com peso específico aparente de 78,5 KN/m³, tem os seguintes
valores abaixo:
Peso Próprio da Telha = 0,05 kN/m²
Peso Próprio da Terças de Cobertura = 0,05 kN/m²
Peso Próprio da Estrutura de Cobertura = 0,50 kN/m²
7.2. Carga acidental - sobrecarga (Q1)
Conforme NBR8800 / 08, item B.5.1 (sobrecargas em cobertura – cobertura comum):
Sobrecarga de Norma = 0,25 kN/m².Segundo a norma NBR8800/08, item B.5.1: Nas coberturas comuns (telhados), na ausência de especificação mais rigorosa, deve ser prevista uma sobrecarga característica mínima de 0,25 kN/m², em projeção horizontal. Admitese que essa sobrecarga englobe as cargas decorrentes de instalações elétricas e hidráulicas,de isolamentos térmico e acústico e de pequenas peças eventualmente fixadas na cobertura,até um limite superior de 0,05 kN/m.
7.3. Pressão dinâmica do vento (Q2)
Conforme NBR 6123 / 88: q = 0,946 kN/m² x Cpe – Conforme cálculo realizado no
item 6 deste relatório.
8. COMBINAÇÕES
Conforme tabela 1-Valores dos coeficientes de ponderação das ações , da
página 26 da NBR8800/2007, foram adotados os seguintes coeficientes:
para ações permanentes (peso próprio) = 1,25;
para ações variáveis de uso e ocupação (sobrecarga) = 1,50;
para ações variáveis (ação do vento) = 1,40.
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Quando o vento estiver atuando a sucção, adota-se o coeficiente para as ações
permanentes favoráveis à segurança, portanto =1,0.
Da tabela 2-Valores dos fatores de combinação e de redução e para as ações
variáveis:
(Cargas acidentais) = 0,8 e (Vento) = 0,6
Para forças nocionais: área de influência x vão do pórtico x 0,003
Para cada combinação será aplicada a seguinte equação:
8.1. COMBINAÇÃO 01
19
8.8. DESLOCAMENTOS
Conforme o item 4.9.4.2 da NBR8800, uma estrutura é classificada como de pequena
deslocabilidade quando a relação entre o deslocamento lateral do andar relativo à base obtido
na análise de segunda ordem e aquele obtido na análise de primeira ordem, em todas as
combinações for igual ou menor a 1,1.
Deslocamentos
Comb. Análise de 1a ordem Análise de 2a ordem A2/A1
1 0,35 0,32 0,91
2 1,66 1,65 1,00
3 0,07 0,06 0,86
4 2,06 2,06 1,00
5 0,17 0,17 1,00
6 1,72 1,72 1,00
7 0,13 0,13 1,00
Então, A2/A1 é menor que 1,1 em todas as combinações, sendo esta estrutura de
pequena deslocabilidade.
25
9. DIMENSIONAMENTO A TRAÇÃO
9.1. BANZOS
MAIOR ESFORÇO A TRAÇÃO: 247,03 kN (Elemento 78 – Combinação 1)
Adotado perfil U 8”x 20,5 (Laminado)
Ag = 26,1 cm²
Iy = 64 cm4
Ix = 1503 cm4
ESB
Ct = 1
Ae = Ct.An
Ae = An = Ag
RSL
818,59 kN > 247,03 kN = OK, verifica.
9.2. DIAGONAIS
MAIOR ESFORÇO A TRAÇÃO: 217,2 kN (Elemento 120 – Combinação 2)
Adotado perfil U 6”x 15,6 (Laminado)
Ag = 19,9 cm²
Iy = 36 cm4
Ix = 633 cm4
ESB
26
Ct = 1
Ae = Ct.An
Ae = An = Ag
RSL
624,14 kN > 217,2 kN = OK, verifica.
9.3. MONTANTES
MAIOR ESFORÇO A TRAÇÃO: 80,86 kN (Elemento 123 – Combinação 2)
Adotado perfil U 6”x 12,2 (Laminado)
Ag = 15,5 cm²
Iy = 29 cm4
Ix = 545 cm4
ESB
Ct = 1
Ae = Ct.An
Ae = An = Ag
RSL
486,14 kN > 80,86 kN = OK, verifica.
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10.DIMENSIONAMENTO A COMPRESSÃO, FLEXÃO,
CISALHAMENTO E FLEXO-COMPRESSÃO
10.1. BANZOS
SITUAÇÃO MAIS CRÍTICA: (Elemento 88 e 89 – Combinação 1)
Ncsd : 251,87 kN
Vsd: 58,58 kN
Mysd: 1,7 kN.m
Ly: 175 cm
Lx: 480 cm
Adotado perfil U 8”x 20,5 (Laminado)
“Cálculo com o auxílio da planilha (Estruturas de Aço - Perfil U para banzos e
diagonais.xls) em anexo”
Ncrd: 335,70 kN > 251,87 kN................OK
Myrd: 8,78 kN > 1,7 kN.m.....................OK
Vrd: 221,92 kN > 58,58 kN....................OK
Flexo-compressão: 0,92 < 1 ...................OK
10.2. DIAGONAIS
SITUAÇÃO MAIS CRÍTICA: (Elemento 131 e 120 – Combinação 1)
Ncsd : 308,39 kN
Ly=Lx: 125,6 cm
Adotado perfil U 6”x 15 (Laminado)
“Cálculo com o auxílio da planilha (Estruturas de Aço - Perfil U para banzos e
diagonais.xls) em anexo”
Ncrd: 517,2 kN > 308,39 kN..................OK
28
10.3. MONTANTES
SITUAÇÃO MAIS CRÍTICA: (Elemento 123 e 128 – Combinação 1)
Ncsd : 107,28 kN
Ly=Lx: 90,4 cm
Adotado perfil U 6”x 15 (Laminado)
“Cálculo com o auxílio da planilha (Estruturas de Aço - Perfil U para banzos e
diagonais.xls) em anexo”
Ncrd: 645,31 kN > 107,28 kN..................OK
11.DIMENSIONAMENTO DA TERÇA
Cargas:
- PP (peso próprio): 0,4 kN/m²
- SC (sobrecarga): 0,25 kN/m²
- V (vento): 0,946 kN/m² x 1,4(Cpe médio) : 1,3244 kN/m²
1ª Hipótese:
PP+SC = 0,4+0,25 = 0,65 kN/m² x 1,6m = 1,04 kN/m
qx = 1,04xCos7,6° = 1,03 kN/m
qy = 1,04xSec7,6° = 0,14 kN/m
2ª Hipótese:
V+PP =
qx = (1,3244 – 0,4xCos7,6°) x 1,6m = 1,48 kN/m
qy = 0,4xCos7,6 x 1,6m = 0,08 kN/m
Pela análise dos carregamentos pelo software F-tool, chegou-se aos seguintes esforços (2ª hipótese):
Mx = 6,66 kN.m
Vx = 4,44 kN
My = 0,032 kN.m
Vy = 0,096 kN
Lx = 600cm
Ly = 200cm
29
Lb = 200cm
“Cálculo com o auxílio da planilha (Estruturas de Aço - Perfil U para terças.xls) em anexo”
Mxrd: 12,66 kN > 6,66 kN.m.................OK
Myrd: 4,08 kN > 0,032kN.m..................OK
Vxrd: 115,43 kN > 4,44 kN....................OK
Vyrd: 136,16 kN > 0,096 kN..................OK
Flexo-compressão: 0,53 < 1 ...................OK
Deslocamento (PP+0,6SC): 1,45cm < L/180......OK
Deslocamento (Vento): 3,49cm < L/120...........OK
12.FLECHA DA TESOURA
Flecha do banzo inferior da tesoura = 56,79 mm < L/250: 30000/250 = 120mm.....OK
13.LISTAGEM DE MATERIAL
- Banzos U 8”x20,5 (1635m) = 33.500 Kg- Diagonais U 6”x15 (1720m) = 25.800 Kg- Montantes U 6”x12,2 (730m) = 8.900 Kg- Terças U 5”x10 (3020m) = 30.200 Kg- Corrente Rígida L 1.1/4”x1/8” (1245m) = 1750 Kg- Tirantes Ferro 3/8” (630m) = 350 Kg- Contraventos 5/8” (390m) = 600 Kg- Estabilizadores 1/2" (420m) = 400 Kg- Chaparias e perdas 5% = 5.000 Kg
PESO TOTAL = 106,5 Ton.
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