Projeto Estrutural de um Edifício Escolar em Lisboa em Estrutura de Betão Armado e Metálica

135 Pages·2017·3.18 MB·Portuguese

by  Ian Chong

INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA
Área Departamental de Engenharia Civil

Projeto Estrutural de um Edifício Escolar em Lisboa em
Estrutura de Betão Armado e Metálica

IAN LEONG CHONG

(Licenciado em Engenharia Civil)

Plano de Trabalho Final de Mestrado

Área de Especialização de Estruturas

Orientador:
Mestre António Carlos Teles de Sousa Gorgulho, ISEL

Co-orientador:
Licenciado Paulo Gil Figueiredo Tavares Pedro, ISEL
Júri:
Presidente:
Mestre Cristina Ferreira Xavier Brito Machado
Vogais:
Mestre António Carlos Teles de Sousa Gorgulho
Doutora Ana Rita Gião

Novembro 2017
1

Agradecimentos
O meu percurso académico não foi feito sozinho. Ao longo deste período, várias pessoas
estiveram ao meu lado e juntos, fomos em frente, e é a todos que apresento a minha sincera e maior
gratidão.
Aos meus orientadores, Engenheiro António Gorgulho e Engenheiro Paulo Pedro, agradeço por
todo conhecimento que me transmitiram, pelo apoio, pela enorme disponibilidade e pela, ainda maior,
paciência que demonstraram.
Aos meus colegas de licenciatura e mestrado, agradeço o companheirismo e amizade ao longo
desta caminhada e pelas pestanas que queimámos juntos.
Á minha ohana, agradeço por todo o apoio e incentivo que me deram.

I

Resumo
O presente trabalho, inserido na área de especialização de estruturas de engenharia civil,
consistirá na realização um projeto estrutural de dois edifícios em betão armado e um projeto de uma
cobertura metálica pertencentes a um campus académico localizado em Lisboa.
Atualmente, após a ocorrência de eventos sísmicos, verificam-se diversas deficiências no
dimensionamento à ação sísmica com consequências desastrosas a nível económico e de perdas
humanas. Por esse motivo, é necessário desenvolver competências que mitiguem os desfechos referidos.
Nesse sentido, este projeto contemplará as etapas essenciais para dotar uma estrutura de
capacidade resistente ao sismo. Os dois tipos de estruturas em desenvolvimento, betão armado e metálica,
têm como base uma planta arquitetónica e serão alvo de uma análise sísmica que permitirá obter soluções
construtivas capazes de atingir os objetivos pretendidos.
Para o efeito, o dimensionamento das estruturas terá como bases regulamentares os Eurocódigos
estruturais EC0, 1, 2, 3, 4 e 8.
Na realização deste trabalho serão utilizados 2 programas: o SAP2000 e o AutoCAD. O primeiro
é um programa de cálculo automático baseado no Método dos Elementos Finitos. O referido programa
permite a modelação estrutural em 3 dimensões e, posteriormente, a realização de uma análise
considerando um comportamento elástico linear. O segundo é um programa do tipo CAD (Computer Aided
Design) e será utilizado na elaboração das peças desenhadas.

Palavras-chave: Betão armado; estrutura metálica; sismo; Eurocódigos estruturais

III

Abstract
The present work, inserted in the structural expertise of civil engineering, will consist in a structural
project of a building in reinforced concrete and a project of a metallic roof belonging to an academic campus
located in Lisbon.
Nowadays, after the occurrence of seismic events, there are several deficiencies in the design for
seismic action with disastrous economic consequences and human losses. For this reason, it is necessary
to develop competences that mitigate the mentioned outcomes.
In this sense, this project will contemplate the essentials steps to endow an earthquake resistant
capacity structure. The two types of structures, reinforced concrete and metallic, are based on an
architectural plan and will allow constructive solution to achieve the desired objectives.
For this purpose, structural design will be based on the Structural Eurocodes EC0, 1, 2, 3, 4 e 8.
During this work, 2 programs will be used: the SAP2000 program and AutoCAD. The first one is an
automatic calculation program based on the Finite Element Method. This program allows the structural
modeling in 3 dimensions and an analysis considering a linear elastic behavior. The second is a CAD
(Computer Aided Design) type program and will be used in the elaboration of the drawn pieces.

Keywords: Reinforced concrete; metallic structure; earthquake; Structural Eurocodes

V

Índice Geral

Agradecimentos ........................................................................................................................................... I
Resumo ....................................................................................................................................................... III
Abstract ...................................................................................................................................................... V
Símbolos e Siglas ..................................................................................................................................... IX
Índice de Figuras ................................................................................................................................... XVII
Índice de Tabelas .................................................................................................................................... XIX
1. Introdução ........................................................................................................................................... 1
1.1 Enquadramento ........................................................................................................................... 1
1.2 Objetivos ...................................................................................................................................... 2
1.3 Organização do trabalho .............................................................................................................. 2
1.4 Descrição do edifício .................................................................................................................... 3
2. Bases de Projeto ................................................................................................................................. 5
2.1 Tempo de vida útil do projeto ....................................................................................................... 5
2.2 Materiais ...................................................................................................................................... 5
2.3 Ações ........................................................................................................................................... 7
2.3.1 Cargas permanentes ...................................................................................................... 7
2.3.2 Sobrecargas ................................................................................................................... 8
2.3.3 Ação sísmica .................................................................................................................. 9
2.3.4 Ação do vento .............................................................................................................. 14
2.4 Combinação de ações ............................................................................................................... 25
3. Pré-dimensionamento ...................................................................................................................... 27
3.1 Estruturas de betão armado ...................................................................................................... 27
3.1.1 Lajes ............................................................................................................................. 27
3.1.2 Vigas ............................................................................................................................ 27
3.1.3 Pilares .......................................................................................................................... 28
3.1.4 Sapatas ........................................................................................................................ 29
3.2 Estruturas metálicas .................................................................................................................. 29
3.2.1 Rampa .......................................................................................................................... 30
3.2.2 Cobertura metálica ....................................................................................................... 31
VII
4. Conceção estrutural ......................................................................................................................... 35
4.1 Princípios básicos ...................................................................................................................... 35
4.2 Critérios de regularidade estrutural ............................................................................................ 36
4.2.1 Regularidade em planta ............................................................................................... 36
4.2.2 Regularidade em altura ................................................................................................ 39
4.3 Elementos primários e secundários ........................................................................................... 40
4.4 Sistemas estruturais .................................................................................................................. 40
4.5 Coeficiente de Comportamento ................................................................................................. 41
5. Modelação e Análise Estrutural ....................................................................................................... 45
5.1 Modelação da Estrutura do Edifício Principal ............................................................................ 45
5.1.1 Análise Modal por Espectro de Resposta .................................................................... 46
5.1.2 Combinação dos efeitos das componentes da ação sísmica ....................................... 47
5.1.3 Efeitos acidentais de torção ......................................................................................... 48
5.1.4 Cálculo de deslocamentos devido à ação sísmica ....................................................... 50
5.1.5 Efeitos de segunda ordem ........................................................................................... 51
5.2 Modelação da estrutura da Rampa e da Cobertura Metálica ..................................................... 52
6. Dimensionamento ............................................................................................................................. 55
6.1 Estruturas de betão armado ...................................................................................................... 55
6.1.1 Estados Limites Últimos ............................................................................................... 55
6.1.2 Estados Limites de Utilização ...................................................................................... 89
6.2 Estruturas metálicas .................................................................................................................. 93
6.2.1 Estados Limites Últimos ............................................................................................... 93
6.2.2 Ligações metálicas ..................................................................................................... 104
7. Conclusões ...................................................................................................................................... 109
Bibliografia .............................................................................................................................................. 111

VIII