MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 09: … · Aula 09: Modelagem de Membranas Universidade...
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MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 09: Modelagem de Membranas Universidade Federal do Rio de Janeiro Faculdade de Arquitetura e Urbanismo Departamento de Estruturas Maria Betânia de Oliveira Professora Adjunta [email protected] mboufrj.weebly.com
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MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS
Aula 09: Modelagem de Membranas
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Faculdade de Arquitetura e Urbanismo
Departamento de Estruturas
Maria Betânia de Oliveira
Professora Adjunta
mboufrj.weebly.com
Frei Otto Institute for Lightweight Structures
Tensoestruturas Textile Arquitecture Tensile Structures Tensile Architecture Tensile Membrane Structures Architectural Umbrellas
UFRJ.FAU.DE
Aula 9
Walter Bird Birdair
UFRJ.FAU.DE
Aula 9
Shigeru Ban
Pneumatic Strutures
• corpo em que uma das dimensões é muito menor do que as outras duas.
Lâmina
• estrutura constituída por uma ou mais lâminas. Folha
• folha curva submetida a esforços no seu folheto médio
Casca
• casca não rígida submetida a esforços de tração nos planos tangentes ao seu folheto médio Membrana
Esforços nas Membranas: TRAÇÃO UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Os cabos e membranas, usualmente denominados tensoestruturas, são
utilizados em coberturas de grandes áreas livres.
Classes de estruturas tracionadas
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
As membranas estruturais são cascas flexíveis que resistem às ações externas devido à sua forma, às suas características físicas e ao seu pré-tracionamento.
O pré-tracionamento da membrana pode ser alcançado, ou através do seu estiramento por meio de cabos (estruturas de membrana protendida por cabos), ou
através da atuação da pressão de gases (estruturas pneumáticas).
Estruturas de Membrana
Membranas protendidas por cabos Estruturas pneumáticas
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Processo de projeto de tensoestruturas
A modelagem das tensoestruturas é caracterizada pela grande interdependência entre o estado de tensão e a forma das mesmas, pela composição da superfície desejada através da emenda de pedaços de membrana e pelo fato do cabo ou membrana resistir apenas a esforços de tração.
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Determinação da forma/ configuração inicial de
equilíbrio
Determinação do padrão de corte/emenda e planificação
Análise estrutural final/ garantia da segurança
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Determinação da forma/ configuração inicial de equilíbrio
Determinação do padrão de corte/emenda e planificação
Análise estrutural final/ garantia da segurança
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Ten
so C
ubo
Busca da forma/equilíbrio
Lin
k
Tenda Negra Tradicional
século XIX povos nômades coberturas facilmente montáveis,
desmontáveis e transportáveis
tecido de pêlo negro de bode
combinação de mastros e cordas ancoradas no chão
cor escura proporcionava sombra
trama aberta permitia o escape do ar quente e ajudava na proteção contra
os intempéries
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Chapiteau
Revolução Industrial
mecanização da produção de tecidos têxteis de algodão, de lã e de linho
a partir de 1800 os circos tornaram-se a principal forma de entretenimento
surgindo “a grande tenda de circo”
a tecnologia de construção foi passada a sucessivas gerações.
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Pavilhão da Alemanha na Exposição de Montreal, 1967
Frei Otto
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Complexo Olímpico de Munique, Alemanha, 1971
Frei Otto
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
This model represents Architect Frei Otto's Munich Olympic stadium from the 1972 Olympics. I constructed this model by using tensioned fishing line and nylon fabric. George Klett ,2014.
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Membrana
Cabo extremo embutido em
bainha situada no contorno
da membrana
Cabo de ancoragem
As forças de membrana são
transferidas para a estrutura
rígida ou para a fundação
Articulação
Detalhe típico dos cabos embutidos em bainhas situadas no contorno da
membrana
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Com Superfícies
Modificadas
Com Superfícies
Geradas entre
Anéis
Com Superfícies
na Forma de
Parabolóides
Hiperbólicos
Estruturas de Membrana
Protendida por Cabos
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Forma básica de estrutura de
membrana
Obtenção de uma Superfície na forma de
Parabolóide Hiperbólico
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Pavilhão de Música de Kassel, Alemanha, 1955
Frei Otto
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Forma Básica de Estrutura de Membrana:
Superfície Gerada entre Anéis
Hajj Terminal, Soudi Arabia
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2 Hajj Terminal, Jeddah, Soudi Arabia, 1980
Horst Berger, David Geiger and Skidmore Owens & Merrill’s (SOM)
Formas modificadas por:
(a) estrutura pontual, (b) estrutura linear em arco e (c) estrutura tridimensional
(a)
(c) (b)
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Aeroporto Internacional de Denver, Colorado, 1993 Projeto Arquitetônico de Fentress Bradburn Architects
Concepção Estrutural de Horst Berger Associates e Severud Associates
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Chene Park Amphitheater, Detroit, 1990
Projeto Arquitetônico: Schervish, Vogel, Mertz
Arquitetura Têxtil: Kent Hubbell Architects
Construção: Birdair
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The M&G Research Laboratory in Venafro, Italy, 1991
Samyn and Partners architect and engineer
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Pátio de Mesquita em Madinah, Saudi Arabia
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2 The Tuwaiq Palace, Saudi Arabia Frei Otto with Buro Happold
Modelagem de Membranas MSE 2018.2 Hotel em Taipei, Taiwan
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Igreja Batista Central, Fortaleza
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Pavilhões da Marina da Glória, Rio de Janeiro
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Cobertura na PUC-Rio, Gávea, Rio de Janeiro
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Cobertura do Estádio do Maracanã, Rio de Janeiro (Foto de divulgação do governo do Estado do Rio de Janeiro).
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Cobertura na Entrada do Maracanãzinho, Rio de Janeiro
CRESPO & OLIVEIRA(2013)
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
(Air inflated) (Air supported)
Estruturas pneumáticas empregadas em coberturas
As estruturas pneumáticas possuem um ou mais compartimentos pressurizados, os
quais podem fazer parte ou não do espaço útil da construção.
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Ventilador Axial
Ventilador Radial
Ventilador Tangencial
Equipamentos Empregados na Estabilização de Estruturas Pneumáticas
corrente de ar circula na direção do eixo do equipamento,
possibilitando o arranjo de sistemas em série
corrente de ar é tomada na direção do eixo do
equipamento, porém, é soprada na direção de
um ângulo reto da entrada
o eixo com hastes atua como um impulsor que gira dentro
de um cilindro. O ar entra e sai tangencialmente à área deste
cilindro. É empregado em pequenas estruturas, onde há
exigência de barulho reduzido. São convenientes na
produção de pressões negativas
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Tubo Sanfonado
Tubo de Membrana com Conexão
Reforçada
Tubo Rígido
Conexão entre o Sistema de Pressurização e a Estrutura Pneumática
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Membranas
Suportadas pelo Ar
Estruturas Pneumáticas
Membranas
Infláveis
De Superfície Tubulares Elevadas Erguidas a partir
do Nível do Piso
a ser Coberto
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Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970
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Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Architect: Yutaka Murata
Engineer: Mamoru Kawaguchi
Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970
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MSE 2018.2
Cobertura da Arena Romana de Nîmes, França
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Membrana Superior Membrana Inferior
Pressão Interna
Cobertura da Arena Romana de Nîmes, França
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Membranas
Suportadas pelo Ar
Elevadas Erguidas a partir
do Nível do Piso
a ser Coberto
Tipos de Estruturas de Membrana Suportada pelo Ar
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Sistema típico de acesso à cobertura pneumática do tipo air supported ("eclusa de ar")
e do elemento de transição entre este e o interior da estrutura (ASCE 17-96)
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Porta Giratória para Saída e Entrada de Pessoas
Eclusa de Ar para circulação de veículos com
portas nas duas extremidades, as quais devem
ser abertas e fechadas, alternativamente
Esquema do funcionamento do sistema de acesso à cobertura pneumática
do tipo air supported
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Esquema típico de membrana suportada pelo ar elevada (ASCE 17-96)
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Host Berger, David Geiger, Walter Bird
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/int-10.jpg
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/0489-21.jpg
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/OSAKA/o-infin.html
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Estádio de Vancouver, Canadá, 1983
Stantec Architecture
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Minnesota Metrodome, 1982
Architects: Skidmore, Owings & Merrill / Setter, Leach & Lindstrom, Inc.
Structural engineer: Geiger Berger Associates
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Esquema típico de membrana suportada pelo ar erguida a partir do nível
do piso a ser coberto (ASCE 17-96).
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Detalhe típico da ancoragem da membrana no contorno da estrutura de
membrana suportada pelo ar erguida a partir do nível do piso ser coberto
(ASCE 17-96)
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Ilustração da Patente de Lanchester, 1917
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Primeira cobertura pneumática, 1946
Radome , cobertura de radar em clima ártico
Walter Bird
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Le Radôme, França, 1962 Centre National d'Etudes Telephoniques - Museum
Walter Bird
UFRJ.FAU.DE
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Armazéns industriais no Brasil
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
TENDAS CONTEMPORÂNEAS
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Cobertura Suspensa de Colônia Alemanha, 1957 Frei Otto
PAES, M.F.; CRESPO, B.H.A. Arquitetura, estruturas e arte de Frei Otto. In: XXXIV
Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica, Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ,
2012. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/
UFRJ.FAU.DE
CRESPO, B.H.A. Tensoestruturas: comportamento estrutural e
possibilidades projetuais. In: XXXV Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica,
Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ, 2013. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/
Concepção de cobertura modular no Largo do
Machado, Rio de Janeiro
Beatriz Hüther Albernaz Crespo Bolsista PIBIC/UFRJ
A cobertura tem o objetivo de proporcionar ambientes de sombra e proteção contra a
chuva numa praça de convívio e lazer para todas as idades em todos os momentos do dia.
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CRESPO, B.H.A. Tensoestruturas: comportamento estrutural e
possibilidades projetuais. In: XXXV Jornada Giulio Massarine de Iniciação Científica,
Tecnológica, Artística e Cultural,UFRJ, 2013. /Orientadora: Maria Betânia de Oliveira/
Concepção da cobertura de uma escola de mergulho onde as aulas
teóricas e as aulas práticas são num ambiente sobre o mar com
acesso na praia de Ipanema.
Igreja de Papelão, Kobe, Japão
Shigeru Ban
Modelo MSE 2014.2
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
forças que os cabos/membrana fazem na estrutura de suporte
Igreja de Papelão, Kobe, Japão
Shigeru Ban
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Igreja de Papelão, Kobe, Japão
Shigeru Ban
forças que os cabos fazem na
chapa elíptica superior/externa
chapa elíptica superior/externa
compressão
forças diametrais
tração no disco interno
compressão longitudinal
forças que os cabos/membrana
fazem na barra interna
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Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Texto 9.2 OLIVEIRA, M. B.; BARBATO, R. L. A. Estudo das estruturas de membrana: uma abordagem integrada do sistema construtivo, do processo de projetar e dos métodos de análise. Cadernos de Engenharia de Estruturas, São Carlos, v. 7, n. 22, p. 107-122, 2005.
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Leitura Texto 9.1 REBELLO, Y.C.P. A Concepção Estrutural e a Arquitetura. São Paulo: Zigurate Editora, 2001. p.117-136.
Texto 9.3 OLIVEIRA, M. B.; BARBATO, R.L.A. A Tecnologia das estruturas de membrana. Téchne, n.68, nov, 2002.
9. 1 Confeccionar e analisar um modelo de membrana esticada e ancorada em um cubo com 17cm de aresta. Mais informações no link
Exercício
Tenso Cubo
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
Explicar o comportamento estrutural através da análise de modelos físicos dos seguintes casos. 9.1 Tensoestrutura projetada por Frei Otto 9.2 Modelo de membrana esticada ancorada em uma estrutura tensegridy 9.3 Estrutura inflada do Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka 9.4 Membrana suportada pelo ar do Pavilhão dos Estados Unidos na Exposição de
Osaka
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Trabalhos
Modelagem de Membranas MSE 2018.2
