Determinação da geometria mais eficaz em projetos de edifícios metálicos tipo nave industrial com solução porticada

Abstract

Este trabalho debruça-se sobre a determinação da geometria mais eficaz e económica de edifícios tipo nave industrial em estrutura metálica. O trabalho levado a cabo para a elaboração do estudo aqui apresentado foi realizado em colaboração com o Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra e com a metalomecânica Fametal – Fábrica Portuguesa de Estruturas Metálicas, numa óptica de junção de sinergias e de conhecimentos. Esta parceria resultou numa mais-valia qualitativa tanto na análise e dimensionamento estrutural como no aprofundamento do conhecimento dos métodos e instrumentos de fabrico e suas particularidades, através da orientação providenciada em várias visitas às instalações da Fametal. Devido à impraticabilidade de analisar as inúmeras soluções estruturais possíveis, limitou-se o campo de aplicação do estudo aqui realizado a estruturas constituídas por pórticos simples, estabilizados por contraventamentos transversais. Esta decisão fundamenta-se no facto desta solução estrutural ser reconhecida como uma das mais utilizadas e eficazes, no contexto dos edifícios industriais em estrutura metálica. Primeiramente foram abordadas as várias fases de projecto e de fabrico e a sua importância na qualidade global do projecto, e em seguida realizada uma análise qualitativa às soluções mais comummente adoptadas neste tipo de edifícios. Apresentaram-se os principais parâmetros que influenciam o dimensionamento deste tipo de estruturas: o vão a vencer pelos pórticos; o afastamento entre estes; a altura do edifício; o tipo de perfil adoptado, as dimensões dos esquadros de ligação, e a sua gama de variação, resultando na análise e dimensionamento de mais de 600 estruturas, tendo em conta os princípios constantes nos Eurocódigos estruturais. Os resultados demonstraram que as colunas em perfil IPE e as travessas em perfil HEA se revelam mais económicas. Verificou-se que o aumento da altura provoca um incremento exponencial do peso da estrutura e que maiores afastamentos entre pórticos se traduzem numa maior economia global. O esquadro de ligação revela-se pouco influente, em relação aos demais parâmetros analisados. O aumento do vão provoca um incremento exponencial do peso da estrutura, estando esta tendência sujeita a variações conforme a altura do edifício. Todo o processo de modelação e dimensionamento foi realizado com auxílio do software de cálculo Robot Structural Analysis 2013.

This paper’s objective is to determine the most effective and economical geometry of steel structures for industrial buildings. The work developed in order to present this study had the support from the Civil Engineering Department of the University of Coimbra and from the company Fametal – Fábrica Portuguesa de Estruturas Metálicas, merging synergy and knowledge. This partnership provided a quality boost of the structural analysis and design, as well as a deeper knowledge of manufacturing procedures, through orientation in several visits to Fametal. Due to the impossibility of covering the vast structural solutions avaliable, the study’s field of application was limited to structures constituted by simple frames with solid section beams, stabilized by cross bracings. This decision was based in the recognized efficiency and vastly use of that solution. Firstly, the several phases of a project and manufacturing were described, as well as their importance in the global quality of the project, followed by a qualitative analysis of the most common solutions adopted in this type of buildings. The study and its results were demonstrated, product of the systematic variation of the key parameters taken into account in a project: floor plan; height; frame spacing; cross-section and bracket’s geometry. The structural design for each variation was done according to European regulations (Eurocode), wich enabled the study of the relations between their variation and influence on the final design and weight of the structure. As a result of the considered parameters and its variation more than 600 structures were calculated. Frames constituted by columns with IPE section and beams with HEA section were the most economical structures. An exponential growth was observed in structural weight as a result of height increasing and tighter frame spacing. The influence of the bracket’s geometry was not significant, when compared to the other variables. Longer spans were associated to an exponential increase of weight, being this tendency subject to variations mainly due to the height of the building. All the modeling process and structural analysis and design were performed with the software Robot Structural Analysis 2013.