Galpoes, Dissertações de Mestrado de Engenharia Civil. Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET/RJ)
Camila.Cunha
Camila.Cunha13 de maio de 2016

Galpoes, Dissertações de Mestrado de Engenharia Civil. Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET/RJ)

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Microsoft Word - Galpões para Usos Gerais_rev_IBS.doc

BIBLIOGRAFIA TÉCNICA PARA O

DESENVOLVIMENTO DA CONSTRUÇÃO METÁLICA

VOLUME – I

GALPÕES PARA USOS GERAIS

Apresentação

O setor siderúrgico, através do Centro Brasileiro da Construção em Aço - CBCA , tem a satisfação de reeditar, para atender ao universo de profissionais envolvidos com o

emprego do aço na construção civil, o presente manual, projeto elaborado originalmente

pela Cobrapi – Companhia Brasileira de Projetos Industriais (1987), a pedido da Siderbrás.

Primeiro de uma série relacionada à Construção em Aço, este manual insere-se nos

objetivos do CBCA, centro dinâmico de serviços com foco exclusivamente técnico, de contribuir para a promoção do uso do aço na construção, atendendo às necessidades de

projetistas, fabricantes de estruturas em aço, construtoras, profissionais liberais, arquitetos,

engenheiros, professores universitários, estudantes e entidades de classe que se relacionam

com a construção em aço.

Reedição impressa em outubro de 2003

Índice

1. Partes Componentes dos Galpões Metálicos ....................................................................................5

2. Comentários sobre a Tipologia dos Galpões Metálicos ...................................................................7

3. Projetos de Galpões ...........................................................................................................................12

3.1 Documentos do projeto ..............................................................................................................13

3.2 Materiais comumente utilizados no projeto de galpões..........................................................14

3.3 Galpão a ser projetado ...............................................................................................................15

3.4 Aberturas laterais e de lanternim ..............................................................................................17

3.5 Calhas e tubos de descida de água...........................................................................................18

3.6 Ações atuantes na estrutura do galpão ....................................................................................19

3.7 Dimensionamento das terças e vigas do tapamento lateral ...................................................25

3.8 Cálculo do Pórtico.......................................................................................................................33

3.9 Combinação de ações ................................................................................................................37

3.10 Dimensionamento da coluna .....................................................................................................38

3.11 Dimensionamento da viga ..........................................................................................................43

3.12 Verificação do deslocamento lateral .........................................................................................46

3.13 Placas de base, chumbadores e barras de cisalhamento .......................................................47

3.14 Dimensionamento dos elementos do tapamento frontal ........................................................54

3.15 Contraventamento da cobertura ................................................................................................58

3.16 Contraventamento vertical .........................................................................................................64

4. Bibliografia ..........................................................................................................................................67

5. Fluxograma..........................................................................................................................................69

Introdução

Este trabalho apresenta um roteiro básico de dimensionamento de galpões para usos gerais

servindo de modelo de cálculo para as instalações que a eles sejam similares.

Devido à sua característica didática, apresenta longas rotinas de cálculo, que no cotidiano

do projetista, são simplificadas através de sua experiência anterior ou de processos

automatizados empregáveis em microcomputadores ou máquinas programáveis.

Como este trabalho foi calcado na norma NBR 8800:1986, torna-se imprescindível consultá-

la durante a leitura deste.

Para o dimensionamento em situação de incêndio de elementos estruturais de aço, deve-se

consultar a norma NBR 14323:1999, bem como a norma NBR 14432:2000, que estabelece as

exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações.

Todo o trabalho baseou-se no Sistema Internacional de Unidades (SI), que utiliza: Newton

(N) para forças, o milímetro (mm) para medidas lineares e o Pascal (Pa) para tensões.

Para maior comodidade do usuário e em função das grandezas envolvidas nos

procedimentos de cálculo, foram empregados múltiplos das unidades citadas, ficando assim:

• característica geométricas das seções expressas em centímetros;

• forças em quilonewtons (kN);

• momentos fletores em quilonewtons x metro (kN x m);

• tensões em quilonewtons/centímetros quadrados (kN/cm2)

Vale observar que as ligações dos pórticos (vigas-colunas, vigas-vigas) não serão aqui

apresentadas. Terão abordagem especial no terceiro fascículo desta coletânea, que trata

somente do assunto.

Qualquer colaboração que pudermos receber dos leitores será de muita valia para que

possamos, através das sugestões recebidas, aprimorar nossas próximas publicações.

5

Capítulo 1

Partes Componentes

dos Galpões Metálicos

Partes Componentes dos Galpões Metálicos

6

Os galpões são construções geralmente de

um pavimento, constituídos de colunas regularmente espaçadas com cobertura na parte superior e, às vezes, também nas laterais, se estendendo por grandes áreas e destinados à utilização comercial, industrial, agrícola ou mesmo civil.

A seguir são mostradas as partes principais do tipo mais comum de galpão metálico, com um vão transversal apenas, cobertura com duas meia-águas e estrutura dotada de viga de rolamento para receber ponte rolante:

Fig. 1: Partes componentes do galpão metálico

7

Capítulo 2

Comentários sobre a

Tipologia dos Galpões Metálicos

Comentários sobre a Tipologia dos Galpões Metálicos

8

A pergunta fundamental que ocorre ao

engenheiro estrutural é como deve ser o galpão metálico que está sendo projetado. Para se responder a esta pergunta deve-se nalisar os seguintes aspectos. A - Finalidade ou Processo Industrial a que o

galpão se destina:

• dimensões do pé direito;

• dimensões dos vãos longitudinais e transversais;

• locação e dimensões de aberturas;

• necessidade de lanternim;

• necessidade de ventilação lateral;

• necessidade de calha, etc. B – Ordem Econômica:

• base da coluna: rotulada ou engastada;

• perfis disponíveis: soldados ou laminados;

• tipo da estrutura: alma cheia ou treliçada. C – Arquitetura do Galpão (que estão

também ligados à finalidade ou processo a que a estrutura se destina):

• disposição dos tapamentos laterais e frontais ao longo das filas e eixos;

• posição relativa dos tapamentos laterais e frontais e as colunas: mais afastados ou menos afastados;

• tipos de revestimento dos tapamentos laterais e frontais e cobertura;

D – Ações Atuantes:

• magnitude das cargas permanentes;

• sobrecarga na cobertura;

• cargas de vento;

• deformações e deslocamentos permitidos;

• magnitude e tipo (estático ou dinâmico) das cargas de equipamentos.

Os galpões podem ser classificados em

três tipos básicos:

• de vãos simples;

• de vãos múltiplos;

• de tipo “shed”.

Devido à diversidade de alternativas de

configurações que eles podem apresentar, são indicados apenas os tipos considerados mais comuns:

9

Fig. 2 Galpões de vãos simples

Comentários sobre a Tipologia dos Galpões Metálicos

10

fig. 3: Galpões com ponte rolante

Fig. 4 Galpões em vãos múltiplos

11

Para os galpões com ponte rolante, valem

as seguintes observações:

• o caso a, da Fig. 3, coluna com console, é usual para pontes rolantes leves, com capacidade de içamento de cargas de até 100 kN.

• os casos b, coluna inferior treliçada e c, coluna inferior em alma cheia, são usuais para pontes rolantes médias, com capacidade de içamento de cargas de 100 a 600 kN

• o caso d, colunas independentes para o pórtico e para a viga de rolamento é usual para pontes rolantes pesadas com capacidade de içamento acima de 600 kN.

Os galpões em “shed” possuem vãos

simples ou múltiplos. Além de vencer grandes vãos no sentido longitudinal e transversal, proporcionam ainda bons níveis de ventilação e iluminação natural.

Fig. 5: Galpões em “SHED”

Projeto de Galpões

12

Capítulo 3

Projetos de Galpões

13

3.1 Documentos do projeto

Os documentos do projeto devem fornecer informações completas sobre:

- concepção do galpão;

- especificação dos materiais utilizados;

- fabricação e montagem das partes componentes.

São os seguintes os documentos do projeto: A – Memória de cálculo:

Elaborada pelo engenheiro estrutural responsável pelo cálculo, deverá conter todas as informações necessárias à elaboração dos desenhos de projeto:

• dimensões do galpão;

• sistema estrutural claramente explicitado;

• normas e critérios adotados;

• cargas atuantes no galpão;

• dimensionamento e especificação de todos os elementos componentes;

• croquis explicativos dos detalhes especificados;

• considerações importantes sobre a utilização da estrutura, cargas, fabricação das peças e montagem.

Quando no desenvolvimento dos desenhos

de projeto houver modificação nas informações ou detalhes contidos na Memória de Cálculo, esta deverá ser adequada à nova situação, de modo a refletir o projeto na sua forma final.

Em acréscimo, na elaboração da Memória

de Cálculo os seguintes fatores devem ser considerados:

• economia na concepção estrutural;

• cuidadosa avaliação das ações atuantes;

• histórico das ações atuantes em todas as partes da estrutura, de forma a facilitar modificações e ampliações que se façam necessárias.

B - Desenhos de Projeto

De maneira geral, os desenhos de projeto de estrutura metálica são divididos em três grupos:

1º - DESENHOS DE PROJETO propriamente dito:

contém as informações necessárias para a execução dos desenhos de DETALHE ou FABRICAÇÃO:

• concepção estrutural;

• indicação de materiais;

• cargas nas fundações;

• detalhes de conexões;

• notas gerais de projeto.

2º - DESENHOS DE DETALHE ou FABRICAÇÃO

contém as informações necessárias à fabricação das peças da estrutura:

• dimensões das peças e conjuntos;

• especificações de materiais;

• operações necessárias na oficina;

• operações de soldas;

• cuidados especiais na fabricação;

• seqüência de operações;

• instruções para inspeção à fabricação.

3º - DESENHOS DE MONTAGEM:

contém as informações necessárias à montagem da estrutura:

• marcação das peças;

• notas gerais de montagem;

• cuidados especiais durante a montagem.

C – Lista de Materiais Contém informações necessárias ao aprovisionamento, compra, fabricação e montagem dos materiais especificados no projeto.

Normalmente são as seguintes as Listas de Materiais elaboradas:

• Lista Resumo de Materiais;

• Lista de Telhas para Tapamentos e Cobertura;

• Lista de Parafusos para Compra e para Montagem;

• Lista de Parafusos Autoroscadores para Montagem das Telhas.

Projeto de Galpões

14

3.2 Materiais comumente utilizados no projeto de galpões

O item 4.6 e o ANEXO A da NBR 8800

especificam os materiais aceitos pela norma para o projeto de estruturas em aço.

Dentre esses materiais, os mais comumente utilizados são:

A – Aços Estruturais

• perfis laminados, perfis soldados e chapas estruturais de modo geral: aço ASTM A- 36;

• perfis da chapa dobrada: ASTM A-570 grau C ou SAE 1010/1020;

• barras redondas rosqueadas: ASTM A-36 e SAE 1010/1020;

A NBR 8800 não prevê a utilização dos aços SAE 1010/1020 como barra redonda, apesar de serem os mesmos utilizados como tirantes para travamento lateral de terças e/ou vigas de tapamento e chumbadores.

B - Parafusos Comuns: ASTM A-307 C - Parafusos de Alta Resistência: ASTM A- 235

D – Eletrodo para Solda: E70XX da AWS E – Telhas para Tapamentos Laterais e Frontais e Cobertura: de modo geral são utilizadas telhas constituídas dos seguintes materiais:

• aço galvanizado, com ou sem pintura;

• alumínio, com ou sem pintura;

• fibrocimento

• translúcida (plástica ou fibra de vidro)

Atualmente as telhas podem ser fabricadas com grandes alturas de onda (100mm ou mais) de forma a apresentarem grande rigidez à flexão, vencendo vãos livres entre terças de cobertura ou vigas de tapamento de 7m ou mais.

Fig. 6: Telhas para tapamento laterais e coberturas

15

3.3 Galpão a ser projetado

Será projetado, como exemplo ilustrativo, um galpão para almoxarifado de materiais leves com as seguintes características:

• galpão com duas meia-águas, inclinação do telhado 10º;

• pórtico com vigas e colunas em alma cheia, colunas com as bases rotuladas nas fundações;

• vão transversal de 15 m;

• vão longitudinal de 6 m;

• pé-direito 6 m;

• galpão sem ponte rolante;

• tapamentos laterais e frontais conforme Fig. 7;

• comprimento total do edifício 54 m;

• materiais utilizados:

- aço estrutural ASTM A-36;

- telhas para tapamentos frontais, laterais e cobertura: trapezoidal, espessura 0,35 mm, altura da onda 40 mm;

- tirantes de barra redonda ASTM A-36;

• sistema estrutural do galpão conforme Fig. 7.

Dentre os vários exemplos de galpões

disponíveis para análise, foi escolhido um bem simples, com o propósito de cobrir o dimensionamento, com alternativas, de suas partes.

As colunas do galpão foram consideradas rotuladas nas bases, com o intuito de originar fundações menores e de execução mais simples, uma vez que elas não terão que absorver o efeito de momento fletor.

Para simplificar, foi considerado um galpão sem lanternim, sem aberturas laterais para ventilação e sem calhas nos beirais.

Em seqüência serão apresentadas algumas considerações sobre o dimensionamento das aberturas laterais para ventilação e aberturas para lanternins em galpões, além de algumas notas sobre dimensionamento de calhas.

Projeto de Galpões

16

Fig. 7: Galpão a ser projetado

17

3.4 Aberturas laterais e de lanternim

Nos galpões que não possuem internamente equipamentos que gerem calor, a ventilação ou renovação interna do ar deve ser feita de forma natural pelo chamado “efeito lareira”. O ar de renovação penetra pelas aberturas colocadas nas partes inferiores dos tapamentos laterais e frontais ao mesmo tempo que o ar viciado sai pela abertura superior, através do lanternim.

As aberturas laterais h1 e a abertura do lanternim h2 podem ser calculadas de acordo com as seguintes considerações simplificadas:

• V = volume interno do galpão em m3;

• velocidade do vento no exterior do galpão considerada nula;

• v = velocidade de saída do ar através da abertura do lanternim, considerada entre 1 e 1,5 m/s;

• L = comprimento total do galpão em m;

• n = número de vezes que o ar interno do galpão vai ser renovado por hora, considerado de 15 a 30 renovações por hora;

• h1 = altura da abertura lateral

• h2 = largura da abertura do lanternim

mem vL Vn

h 36002 ⋅⋅ ⋅

=

2 51 2

1 h

h ,

= em m, levando-se em conta

que são duas as aberturas laterais e que a soma delas deve ser uma vez e meia a abertura do lanternim.

Fig. 8: Aberturas laterais e de lanternim

Calhas e Tubos de Descida de Água

18

3.5 Calhas e tubos de descida de água

As calhas são colocadas ao longo dos beirais e nos locais apropriados para receber a água que corre no telhado. Usualmente são fabricadas com chapa galvanizada dobrada e soldada. Seu formato depende da necessidade do projeto. Devem ser apoiadas de espaço em espaço, dependendo da resistência de sua seção transversal. O fundo da calha deve ter uma inclinação mínima de 0,5% para favorecer a limpeza interna e o escoamento da água até as caixas que alimentam os tubos de descida. A sua seção transversal útil, deve ter aproximadamente 1cm2 para cada m2 de área de telhado.

No caso de grandes coberturas, onde o volume de água a ser escoado através da calha é significativo, sua seção transversal pode ser tão grande que deva ser projetada com chapas mais espessas (5mm ou mais). Nesse caso, ela geralmente é auto-portante, não necessitando de apoios intermediários. Eventualmente, sua largura pode ser aumentada para servir também do passadiço para manutenção do telhado.

Independente do caso considerado, as cargas provenientes das calhas (peso próprio, carga devido à água, carga de passadiço) devem ser levadas em conta no cálculo da estrutura e de seus apoios.

Fig. 9: Calha e tubo de descida de água

19

3.6 Ações atuantes na estrutura do galpão

De acordo com ao NBR 8800, Anexo B, as ações atuantes no galpão a ser projetado são as seguintes:

A - Carga permanente É formada pelo peso próprio de todos os elementos constituintes da estrutura, incluindo os pesos de equipamentos e instalações permanentemente suportados na estrutura.

Os pesos dos materiais de construção, na ausência de informações, devem ser calculados através da NBR 6120.

No nosso exemplo não existem equipamentos suportados pela estrutura e o peso próprio será avaliado na medida em que o cálculo for desenvolvido.

B – Cargas Variáveis As cargas variáveis são aquelas que resultam do uso ou ocupação do edifício.

No caso serão considerados o vento (item C) e a sobrecarga.

Esta é considerada como uma carga uniformemente distribuída atuando sobre a projeção horizontal do telhado, para fazer face ao acúmulo de pó ou outros materiais a que o galpão fica sujeito.

Fig. 10: Sobrecarga no telhado

Seu valor é função da finalidade e da área em que a estrutura for construída, podendo atingir valores de 10 kN/m2 ou mais.

De acordo com o item B-3.6.1 do Anexo B, da NBR 8800 “nas coberturas comuns, não sujeitas a acúmulos de quaisquer materiais, e na ausência de especificação em contrário, deve ser prevista uma sobrecarga nominal mínima de 0,25 kN/m2...”.

Considerando que exista especificação particular para o galpão, será permitida uma sobrecarga mínima de 0,15 kN/m2. C - Ação do Vento

A ação do vento sobre a estrutura será calculada de acordo com a NBR 6123, de onde foram retirados os conceitos que se seguem:

• velocidade básica do vento: V0 = 40m/s (este valor é alto, acima da média brasileira, correspondente a parte do estado de São Paulo e ao Mato Grosso do Sul).

• fator topográfico S1 = 1

fator de rugosidade S2:

classe da estrutura: C

rugosidade: 3

altura acima do terreno fator S2

≤ 3m

5m

10m

0,55

0,60

0,69

• fator estatístico S3 = 0,95 para o edifício; para elementos de vedação será usado simplificadamente o mesmo valor.

• velocidade característica do vento Vk e pressão de obstrução p:

Vk = Vo x S1 x S2 x S3

61

2

, kVp =

altura acima do terreno

Velocidade Característica

Vk (m/s)

Pressão de Obstrução

p(N/m2)

≤ 3m

5m

20,9

22,8

273

325

Projeto de Galpões

20

10m 26,2 429 • coeficientes de pressão Cpe e de forma externos Ce para as paredes (tabela 4 NBR 6123).

Fig. 11: Coeficientes de pressão e de forma externos para as paredes

21

• coeficientes de pressão Cpe e de forma Ce externos para o telhado, tabela 5 NBR 6123

• coeficientes de pressão Cpi e de forma internos para o galpão item 6.2 NBR 6123

Fig. 12: Coeficientes de pressão e de forma externos para o telhado

Projeto de Galpões

22

Os tapamentos laterais, frontais e a cobertura do galpão serão em chapa trapezoidal, portanto permeáveis, de acordo com a NBR 6123.

Para simplificar a análise, desprezar-se-á a possibilidade de abertura dominante em qualquer face do galpão quando ocorrer vento forte, apesar da previsão de portões nos tapamentos frontais (item 6.24 da NBR 6123):

Fig. 13: Coeficientes de pressão e de forma internos

Cpi = 0,2 ou Cpi = - 0,3

Os valores resultantes dos coeficientes de pressão, para o cálculo estão na fig. 14.

• para cálculo das telhas e vigas do tapamento e cobertura, (efeitos localizados na extremidade do galpão). Temos:

tapamentos laterais e frontais: Cpe = 1,0 Cpe = 0,7

Cpi = 0,2 Cpi = 0,3

Soma = 1,2 Soma = 1,0

cobertura: Cpe = 1,4

Cpi = 0,2

Soma = 1,6

• Esforços finais de vento no pórtico do galpão, fig. 15.

a carga de vento para cada trecho será dada por:

q = p x C x v, com:

q = carga em cada trecho, N/m

p = pressão de obstrução em kN/m2, função da altura, calculado anteriormente.

v = espaçamento longitudinal entre pórticos, 6m

C = coeficientes das hipóteses 1 e 2

23

Fig. 14: Coeficientes finais para o galpão

Figura. 15: Hipóteses 1 e 2 de vento

ONDE:

- Hipótese 1 é a soma do efeito do vento lateral (α = 90º) com Cpi = -0,3 (sucção interna)

- Hipótese 2 é a soma do efeito do vento lateral (α = 90º) com Cpi = +0,2 (pressão interna)

- As hipóteses com vento frontal (α = 0º) conduzem a esforços finais inferiores aos das hipóteses acima.

- simplificação das hipóteses de vento:

as cargas de vento nas colunas do edifício poderão ser simplificadas, para facilitar o cálculo, a critério do engenheiro de estruturas.

No exemplo serão adotadas cargas médias ponderadas, como se segue:

Hipótese 1:

Fila A: =×+×+×= 6

125742195031638 q

= 1898 kN/m

Fila B: =×+×+×= 6

151523903328 q

= 380 kN/m

Hipótese 2:

Fila A: =×+×+×= 6

1128729753819 q

= 949 kN/m

Fila B: =×+×+×= 6

118022136531147q

= 1329 kN/m

Projeto de Galpões

24

Na figura 16 temos os carregamentos finais.

Fig. 16: Hipóteses 1 e 2 de vento simplificadas

25

3.7 Dimensionamento das terças e vigas do tapamento lateral

A - Características da Telha a ser Usada:

• trapezoidal

• altura da onda: 40mm

• espessura da telha: 0,35mm

• peso da telha: aproximadamente 40 N/m2.

OBS.: Em ambientes com atmosfera agressiva e também dependendo das condições de manuseio deve-se empregar telhas com maior espessura.

B - Ações Atuantes nas Telhas da Cobertura:

peso próprio, pp = 40 N/m2

sobrecarga, sc = 150 N/m2

= 190 N/m2

vento, v: -1,6 x 429 = -686 N/m2 (sucção)

C - Combinação de Ações: pp + sc : 190 N/m2 pp + v : -646 N/m2

D - Espaçamento Máximo entre as Terças e as Vigas do Tapamento Lateral

Escolhida a telha da cobertura, o espaçamento entre as terças é obtido através de ábacos ou tabelas dos catálogos dos fabricantes que levam em conta os seguintes fatores:

• tipo e espessura da telha

• condição de continuidade da telha: biapoiada, sobre 3 apoios ou sobre 4 apoios

• carga atuante sobre a telha, descontando o peso próprio

• flecha máxima admissível para a telha, com a carga considerada: 1/180 ou 1/120 do vão.

No nosso caso, temos:

• telha trapezoidal

• altura 40 mm, espessura 0,35mm

• telha contínua sobre 4 apoios

• carga na telha: 646 N/m2 ≅ 65Kg/m2

• flecha admissível 1/180 do vão

Fig. 17: Característica de telha a ser usada

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