Universidade Federal do Rio de Janeiro Faculdade de Arquitetura e Urbanismo Departamento de Estruturas MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 04: Modelagem de Membranas Profa. Dra. Maria Betânia de Oliveira [email protected]mboufrj.weebly.com http://lattes.cnpq.br/4788291761473700
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MODELAGEM DOS SISTEMAS ESTRUTURAIS Aula 04: Modelagem … · Revolução Industrial mecanização da produção de tecidos têxteis de algodão, de lã e de linho a partir de 1800
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Metodologia Apresentação e discussões sobre o tema da aula.
Aula 4
Modelagem de Membranas (Tensoestruturas)
Maria Betânia de Oliveira 2014.2
Atividade Discente Participar da aula e estudar os assuntos abordados. Elaborar os modelos propostos.
Modelagem dos Sistemas Estruturais
• 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 submetida a esforços apenas nos planos tangentes ao seu folheto médio Membrana
Esforços nas Membranas: TRAÇÃO
Maria Betânia de Oliveira 2014.2
Os cabos e membranas, usualmente denominados tensoestruturas, são
utilizados em coberturas de grandes áreas livres.
Modelagem dos Sistemas Estruturais
Maria Betânia de Oliveira 2014.2
Classes de estruturas tracionadas
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).
Modelagem dos Sistemas Estruturais
Estruturas de Membrana
Membranas Protendidas por cabos
Estruturas Pneumáticas
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.
Modelagem dos Sistemas Estruturais
Maria Betânia de Oliveira 2014.2
Maria Betânia de Oliveira 2014.2
Cubo
Ten
so
Modelagem dos Sistemas Estruturais
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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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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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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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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Membrana
Cabo extremo embutido em
bainha situada 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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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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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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Forma Básica de Estrutura de Membrana:
Superfície Gerada entre Anéis
Hajj Terminal, Soudi Arabia
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Hajj Terminal, Jeddah, Soudi Arabia, 1980
Horst Berger, David Geiger and Skidmore Owens & Merrill’s (SOM)
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Formas modificadas por:
(a) estrutura pontual, (b) estrutura linear em arco e (c) estrutura tridimensional
(a)
(c) (b)
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Aeroporto Internacional de Denver, Colorado, 1993 Projeto Arquitetônico de Fentress Bradburn Architects
Concepção Estrutural de Horst Berger Associates e Severud Associates
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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 (MARROQUIN, 2012)
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The Tuwaiq Palace, Saudi Arabia Frei Otto with with Buro Happold
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Hall de hotel em Taipei, Tawan
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Igreja Batista Central, Fortaleza
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Pavilhões da Mariana 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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(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
Modelagem dos Sistemas Estruturais
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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
Modelagem dos Sistemas Estruturais
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Architect: Yutaka Murata
Engineer: Mamoru Kawaguchi
Pavilhão da Fuji na Exposição de Osaka, Japão, 1970
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Maria Betânia de Oliveira 2014.2
Cobertura da Arena Romana de Nîmes, França
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Membrana Superior Membrana Inferior
Pressão Interna
Cobertura da Arena Romana de Nîmes, França
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Membranas
Suportadas pelo Ar
Elevadas Erguidas a partir
do Nível do Piso
a ser Coberto
Tipos de Estruturas de Membrana Suportada pelo Ar
Modelagem dos Sistemas Estruturais
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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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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
Modelagem dos Sistemas Estruturais
Pavilhão dos Estados Unidos na exposição de Osaka, Japão, 1970.