Projeto de estruturas de treliça de tubos de aço de grandes vãos

 

Projeto de estruturas de treliça de tubos de aço de grandes vãos

Em estruturas metálicas de grandes vãos, quanto mais dispersos forem os pontos de apoio da estrutura de aço, maiores serão as restrições no layout plano e na combinação espacial; por outro lado, mais concentrados os pontos de apoio da estrutura de aço, quanto maior for a flexibilidade. Este artigo analisa vários tipos de estruturas de aço de grandes vãos e explora seus sistemas estruturais para fornecer insights e inspiração para colegas da área..

2. Principais Formas Estruturais de Estruturas Metálicas de Grandes Vãos

a. Estrutura do Shell da Grade

Uma estrutura de grade de superfície curva é conhecida como estrutura de grade de casca, que pode ser dividido em conchas de grade de camada única e camada dupla. Os materiais para os invólucros da grade incluem invólucros de grade de aço, conchas de grade de madeira, e cascas de grade de concreto armado. As principais formas estruturais incluem cascas de grade esférica, conchas de grade hiperbólica, conchas de grade cilíndrica, e conchas de grade parabolóide hiperbólica.

As estruturas de casca em grade combinam as principais características dos sistemas de hastes e das estruturas de casca fina. As hastes são relativamente simples, e a distribuição de força é razoável. Eles têm alta rigidez e capacidade de expansão, permitindo que pequenos componentes sejam montados em grandes espaços. Os pequenos componentes e nós de conexão podem ser pré-fabricados em fábricas. A instalação é conveniente e não requer máquinas grandes, tornar favoráveis ​​os indicadores económicos abrangentes. As estruturas são versáteis em design, acomodando uma variedade de planos arquitetônicos e formas espaciais de acordo com as necessidades criativas.

b. Estrutura da Estrutura Espacial

Uma estrutura de moldura espacial é uma estrutura espacial composta por múltiplas hastes conectadas em nós de acordo com um determinado padrão geométrico.. Quando tais estruturas são formadas com camadas duplas ou múltiplas, eles são chamados de quadros espaciais. Normalmente feito de tubos de aço ou materiais de seção de aço, os principais formulários incluem:

1. Estruturas espaciais compostas por sistemas de treliças planas.
2. Molduras espaciais compostas por pirâmides quadrangulares.
3. Molduras espaciais compostas por pirâmides triangulares.
4. Molduras espaciais compostas por pirâmides hexagonais.

As principais características dos quadros espaciais são o trabalho espacial, caminhos simples de transmissão de força, peso leve, alta rigidez, bom desempenho sísmico, e fácil construção e instalação. As hastes e nós podem ser padronizados e comercializados, permitindo a produção em massa nas fábricas, o que melhora a eficiência da produção. O layout plano das estruturas espaciais é flexível, e o telhado plano é propício à instalação no teto e configuração do equipamento. Adicionalmente, molduras espaciais são esteticamente agradáveis, leve, e elegante, tornando-os adequados para aplicações arquitetônicas e decorativas.

c. Estrutura da Membrana

Estruturas de membrana, também conhecidas como estruturas de tecido, são uma nova forma de estrutura espacial de grande extensão desenvolvida em meados do século XX. Usando tecidos flexíveis de alto desempenho, a membrana é suportada pela pressão interna do ar, ou por cabos de aço flexíveis ou suportes rígidos, criando uma membrana pré-tensionada com certa rigidez capaz de cobrir grandes espaços. As principais formas estruturais incluem estruturas de membrana suportadas por ar, estruturas de membrana elástica, e estruturas de membrana suportadas por estrutura.

As principais características das estruturas de membrana são leves, grandes vãos, diversas formas arquitetônicas, construção conveniente, boa economia, alta segurança, boa transmissão de luz, e propriedades de autolimpeza. No entanto, sua durabilidade é relativamente baixa.

d. Estrutura Estaiada

Estruturas estaiadas usam cabos de tração como principais componentes de suporte de carga, organizados em padrões específicos. As estruturas de telhado estaiadas normalmente consistem em um sistema de cabos, sistema de telhado, e sistema de suporte. As principais formas estruturais incluem:

1. Estruturas estaiadas unidirecionais de camada única.
2. Estruturas estaiadas radiais de camada única.
3. Estruturas estaiadas bidirecionais de camada única.
4. Estruturas estaiadas protendidas unidirecionais de dupla camada.
5. Estruturas estaiadas protendidas radiais.
6. Estruturas estaiadas protendidas bidirecionais de dupla camada.
7. Estruturas de redes de cabos protendidas.

As características de força das estruturas estaiadas envolvem resistir a cargas externas através da tensão axial dos cabos, sem produzir momentos fletores e forças cortantes. Isso utiliza totalmente a resistência do aço. Estruturas estaiadas são versáteis em forma, flexível no arranjo, e adaptável a vários layouts arquitetônicos. Devido ao peso leve dos cabos de aço, a estrutura do telhado é relativamente leve, e a instalação não requer grandes equipamentos de elevação. No entanto, a teoria de análise e projeto de estruturas estaiadas é mais complexa em comparação com estruturas convencionais, limitando sua aplicação generalizada.

e. Estrutura de casca fina

As estruturas de casca na engenharia arquitetônica são frequentemente estruturas de casca fina (tecnicamente definidos como cascas com t/R ≤ 1/20). Estruturas de casca fina podem ser categorizadas por sua formação superficial em cascas rotacionais e cascas translacionais, e por materiais de construção em cascas finas de concreto armado, cascas finas de tijolo, conchas finas de aço, e cascas finas de material compósito.

As estruturas de casca têm excelente desempenho de suporte de carga, capaz de suportar cargas substanciais com espessuras de casca muito finas. A resistência e a rigidez das estruturas em casca derivam principalmente da sua forma geométrica., que substitui as forças internas de flexão por compressão direta, utilizando assim totalmente o potencial do material. Como tal, estruturas de casca são uma forma estrutural altamente econômica e racional com alta resistência, alta rigidez, e eficiência de materiais.