Projeto Edifício Estrutura Mista

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Matheus Roman Carini

ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO:             PROJETO DE EDIFÍCIO COMERCIAL

Porto Alegre

junho 2014

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MATHEUS ROMAN CARINI

ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO:        PROJETO DE EDIFÍCIO COMERCIAL

Projeto de Pesquisa do Trabalho de Diplomação a ser apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro Civil

Orientador: Inácio Benvegnu Morsch                                                  

Porto Alegre

junho 2014

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Diagrama das etapas da pesquisa ....................................................................	11
Figura 2 – Cronograma do trabalho .................................................................................	12
Figura 3 – Deslocamento por flexão ................................................................................	14
Figura 4 – Deslocamento por corte ..................................................................................	14
Figura 5 – Geometria e esforços em sistemas treliçados .................................................	15
Figura 6 – Planta de um sistema tubular aporticado ........................................................	16
Figura 7 – Distribuição da tensão axial em um tubo com e sem efeito shear lag ............	16
Figura 8 – Planta típica de um edifício com núcleo central .............................................	18
Figura 9 – Distribuição típica da carga de vento em um prédio de múltiplos andares ....	20
Figura 10 – Tipos usuais de conectores ...........................................................................	25
Figura 11 – Lajes mistas de aço e concreto ......................................................................	26
Figura 12 – Seções críticas da laje mista ..........................................................................	29
Figura 13 – Momento fletor atuante em laje contínua .....................................................	29
Figura 14 – Seções típicas de vigas mistas ......................................................................	31
Figura 15 – Distribuição de tensões .................................................................................	32
Figura 16 – Seções típicas de pilares mistos ....................................................................	35
Figura 17 – Principais tipos de ligações ...........................................................................	37
Figura 18 – Tipos de ligações quanto à rigidez ................................................................	38
Figura 19 – Emendas de pilares .......................................................................................	39
Figura 20 – Ligação com placa de ancoragem .................................................................	40
Figura 21 – Ligação com cantoneira ................................................................................	40

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Redução das cargas acidentais ........................................................................

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LISTA DE SÍMBOLOS

 – força de arrasto[pic 1]

 – coeficiente de arrasto[pic 2]

 – pressão dinâmica do vento[pic 3]

 – área de referência[pic 4]

 – módulo de elasticidade secante do concreto[pic 5]

 – resistência característica à compressão do concreto[pic 6]

 – módulo de elasticidade reduzido do concreto[pic 7]

 – coeficiente que depende do tipo de carregamento, igual a 1,1 para cargas permanentes[pic 8]

 – coeficiente de fluência, depende da idade do concreto no momento considerado e da idade quando solicitado pela primeira vez[pic 9]

 – momento fletor mínimo para cálculo da armadura mínima[pic 10]

 – módulo de resistência da seção transversal bruta de concreto, relativo à fibra mais tracionada[pic 11]

 – resistência característica superior do concreto à tração[pic 12]

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...........................................................................................................	7
2 DIRETRIZES DA PESQUISA ..................................................................................	9
2.1 QUESTÃO DE PESQUISA .......................................................................................	9
2.2 OBJETIVOS DA PESQUISA ....................................................................................	9
2.2.1 Objetivo principal .................................................................................................	9
2.2.2 Objetivo secundário ..............................................................................................	9
2.3 PRESSUPOSTO .........................................................................................................	9
2.4 DELIMITAÇÕES ......................................................................................................	10
2.5 LIMITAÇÕES ............................................................................................................	10
2.6 DELINEAMENTO ....................................................................................................	10
3 EDIFÍCIOS ..................................................................................................................	13
3.1 SISTEMAS ESTRUTURAIS DE EDIFÍCIOS MISTOS ..........................................	13
3.1.1 Sistemas de pórticos rígidos .................................................................................	13
3.1.2 Sistemas treliçados ................................................................................................	14
3.1.3 Sistemas tubulares .................................................................................................	16
3.1.4 Sistemas com núcleo rígido ...................................................................................	17
3.2 AÇÕES .......................................................................................................................	18
3.2.1 Ações permanentes ................................................................................................	18
3.2.2 Ações variáveis .......................................................................................................	19
3.2.2.1 Cargas acidentais ..................................................................................................	19
3.2.2.2 Forças devidas ao vento .......................................................................................	20
3.2.3 Ações excepcionais .................................................................................................	21
4 ESTRUTURAS MISTAS E AÇO E CONCRETO ..................................................	22
4.1 MATERIAIS ..............................................................................................................	22
4.1.1 Aço dos perfis estruturais .....................................................................................	22
4.1.2 Aço das armaduras ................................................................................................	23
4.1.3 Concreto .................................................................................................................	23
4.2 CONECTORES DE CISALHAMENTO ...................................................................	24
4.3 LAJES MISTAS .........................................................................................................	26
4.3.1 Vantagens ...............................................................................................................	26
4.3.2 Ações .......................................................................................................................	27
4.3.2.1 Fase inicial ............................................................................................................	27
4.3.2.2 Fase final ..............................................................................................................	27
4.3.3 Verificação da fôrma na fase inicial ....................................................................	28
4.3.4 Verificação da laje na fase final ...........................................................................	28
4.3.4.1 Estados-limites últimos ........................................................................................	28
4.3.4.2 Estados-limites de serviço ....................................................................................	30
4.3.4.2.1 Fissuração do concreto .....................................................................................	30
4.3.4.2.2 Deslocamento vertical .......................................................................................	30
4.3.4.2.3 Vibração ............................................................................................................	31
4.4 VIGAS MISTAS ........................................................................................................	31
4.4.1 Vantagens ...............................................................................................................	32
4.4.2 Continuidade ..........................................................................................................	33
4.4.3 Verificação na fase inicial .....................................................................................	33
4.4.4 Verificação na fase final ........................................................................................	34
4.4.4.1 Estados-limites últimos ........................................................................................	34
4.4.4.2 Estados-limites de serviço ....................................................................................	34
4.5 PILARES MISTOS ....................................................................................................	34
4.5.1 Vantagens e desvantagens ....................................................................................	35
4.5.2 Verificações ............................................................................................................	36
4.6 LIGAÇÕES ................................................................................................................	36
4.6.1 Classificações .........................................................................................................	37
4.6.1.1 Quanto à rigidez ...................................................................................................	37
4.6.1.2 Quanto à resistência .............................................................................................	38
4.6.2 Emendas de pilares ................................................................................................	39
4.6.3 Ligações entre vigas e núcleo ................................................................................	40
REFERÊNCIAS ...............................................................................................................	41
ANEXO A ........................................................................................................................	43

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1 INTRODUÇÃO

É inerente ao homem o desejo de construir em direção ao céu (TARANATH, c2012, p. 1). Devido à urbanização e ao crescimento populacional, surgiu a necessidade de abrigar um maior número de pessoas e serviços num mesmo espaço. Os edifícios permitem a multiplicação vertical do solo e se tornaram ícones da ocupação urbana contemporânea.

A construção de edifícios altos com estruturas metálicas começou no final do século XIX. Verificando que este tipo de estrutura possui baixa proteção contra o fogo, começaram a envolver elementos de aço com concreto visando solucionar este problema, sem considerar o acréscimo na resistência disponibilizada pelo concreto. Como não eram empregados conectores, a aderência entre ambos os materiais era pequena. O advento dos conectores de cisalhamento, na metade do século XX, garantiu a aderência na interface aço-concreto e permitiu o surgimento de vigas, lajes e pilares mistos. As lajes mistas (steel deck) mostraram-se uma solução eficiente, pois proporcionam uma plataforma segura para trabalho durante a construção e, após o endurecimento do concreto, o perfil metálico funciona como armadura positiva da laje (DIVERSAKORE LLC, c2009a, c2009b).

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