Memorial de Calculo estrutura metálica

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

3

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).

4

1.4. Geometria:

5

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

7

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

8

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

11

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.

15

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)

16

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

17

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.

18

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



20


21


22


23


24

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



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



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.

27

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


“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


Ncsd : 308,39 kN

Ly=Lx: 125,6 cm

Adotado perfil U 6”x 15 (Laminado)



Ncrd: 517,2 kN > 308,39 kN..................OK

28

10.3. MONTANTES


Ncsd : 107,28 kN

Ly=Lx: 90,4 cm

Adotado perfil U 6”x 15 (Laminado)



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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Memorial de Calculo estrutura metálica

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