Projeto de estruturas espaciais para treliças de tubos de aço

Nos últimos anos, com o crescimento contínuo da produção de aço na China, As estruturas metálicas têm sido cada vez mais utilizadas em edifícios devido às suas vantagens únicas. As estruturas de tubos de aço também alcançaram avanços significativos. A maior vantagem das estruturas de tubos de aço é a sua capacidade de atender ao, estético, e necessidades econômicas dos edifícios. As estruturas de treliça de tubos de aço são particularmente favorecidas por seus benefícios exclusivos.

Projeto de treliças para tubos de aço

1. Características mecânicas de estruturas de treliça de tubos

As estruturas de treliça de tubos desenvolveram-se a partir de estruturas de grelha. Em comparação com estruturas de treliça espacial, As estruturas de treliça de tubos têm vantagens únicas e praticidade, com uso de aço relativamente econômico. Eles eliminam a necessidade de membros de cordas inferiores e articulações de esferas encontradas em estruturas de treliça espacial, tornando-os adequados para várias formas arquitetônicas, especialmente arcos circulares e formas curvas arbitrárias, que são mais vantajosas do que as estruturas de treliça espacial. Eles são estáveis em todos os lados e economizam o consumo de material.

Em comparação com a seção aberta tradicional treliças de aço (Aço em forma de H e em forma de I), O material transversal das treliças de tubos é distribuído uniformemente em torno do eixo neutro, proporcionando excelente capacidade de suporte de compressão e torção e maior rigidez, sem a necessidade de placas de nó, Simplificando a estrutura.

Importante, As estruturas de treliça de tubos são esteticamente agradáveis, fácil de moldar, e têm um efeito decorativo. Eles têm um bom desempenho geral, alta rigidez torcional, e são relativamente fáceis de fabricar, instalar, girar, e guincho. Paredes finas formadas a frio treliças de telhado de aço são leves, rígido, economizar aço, e fazer pleno uso da resistência do material. Eles são particularmente econômicos em membros de compressão e sistemas de suporte controlados por taxa de esbeltez longa. Atualmente, Os edifícios que utilizam esta estrutura são principalmente edifícios públicos. Esta estrutura é esteticamente agradável (pode ser feito plano, arqueado, ou em qualquer forma curva), fácil de fabricar e instalar, estruturalmente estável, tem grande rigidez do telhado, e bons benefícios econômicos.

2. Cálculo Estrutural de Estruturas de Treliça de Tubos

2.1 Regras básicas de projeto

A altura de uma treliça tridimensional pode ser 1/12 para 1/16 do período. A espessura do arco de um arco tridimensional pode ser 1/20 para 1/30 do período, e a altura do arco pode ser 1/3 para 1/6 do período. O ângulo entre o acorde (tubulação principal) e a web (tubulação de suporte), e entre as duas teias (tubos de suporte), não deve ser inferior a 30 graus. Para treliças tridimensionais de grande vão (geralmente não inferior a 30m em estruturas de aço), Camber pode ser considerado, com o valor de camber não excedendo 1/300 do vão da treliça (geralmente 1/500). Neste momento, a força interna dos membros muda pouco, e o desenho não pode ser calculado usando o arco. Sob cargas mortas padrão e cargas vivas, a deflexão máxima das estruturas da treliça dos tubos não deve exceder 1/250 do curto espaço de tempo, e os cantilevers não devem exceder 1/125 do período. A deflexão máxima das estruturas do telhado com equipamento de içamento suspenso não deve exceder 1/400 do vão estrutural. Quando só melhora a aparência, A deflexão máxima sob cargas mortas padrão e cargas vivas pode ser tomada como a deflexão menos o valor de abaulamento.

2.2 Princípios Gerais de Cálculo

Calcular as forças internas e deslocamentos de estruturas de treliça de tubos sob cargas de gravidade e cargas de vento, e calcular os deslocamentos e forças internas sob sísmica, mudanças de temperatura, Suporte à liquidação, e cargas de instalação de construção de acordo com condições específicas. Usando a teoria elástica de sistemas de hastes espaciais e o método dos elementos finitos, As forças internas e os deslocamentos dos sistemas de hastes espaciais podem ser calculados. O projeto não sísmico deve calcular os efeitos de ação e as combinações de ação de acordo com o padrão nacional atual “Código de carga da estrutura do edifício” e determinar os valores de projeto de força interna de acordo com os efeitos básicos de combinação de seções de membros e projetos de nós. Para projeto sísmico, Os efeitos da combinação sísmica devem ser calculados de acordo com a norma nacional vigente “Código para Projeto Sísmico de Edifícios”. Em cálculos de deslocamento, A deflexão deve ser determinada com base no impacto padrão da função combinada (sem multiplicar o coeficiente parcial de carga). Ao analisar treliças de tubos, se a relação entre o comprimento do segmento do membro e a altura da seção (ou diâmetro) é menor que 12 (tubulação principal) e 24 (tubulação de suporte), os nós podem ser assumidos como articulados. De acordo com o princípio da equivalência estática, As cargas externas podem ser concentradas nos nós dentro da área de controle do nó. Quando um membro carrega cargas locais, a tensão de flexão local deve ser considerada separadamente. Em análise estrutural, A interação entre a estrutura da grade do espaço superior e a estrutura de suporte inferior deve ser considerada.

2.3 Cálculo estático

As estruturas de treliça tubular devem ser projetadas com membros de seção através de cálculos de deslocamento e força interna. Se as seções de membros precisarem de ajustes, eles devem ser reprojetados para atender aos requisitos de projeto. Após a conclusão do projeto, reforço não deve ser substituído. Se a substituição for necessária devido a dificuldades materiais, ele deve ser recalculado e atender aos requisitos de projeto. Alterações nas seções de membros após a conclusão do projeto devem ser evitadas, a menos que seja absolutamente necessário devido a problemas de disponibilidade de material. Se ocorrerem alterações, a estrutura deve ser recalculada para garantir a conformidade com os requisitos de projeto.

3. Considerações de projeto para estruturas de treliça de tubulação

3.1 Seleção de material e seções transversais

• Seleção de Materiais: O aço utilizado em estruturas de treliça de tubos deve atender aos requisitos das normas pertinentes. Tipicamente, Aço carbono, aço de baixa liga, e aço de alta resistência são usados. A seleção deve considerar fatores como requisitos estruturais, condições ambientais, e viabilidade econômica.
• Seleção de Seção Transversal: Seções ocas circulares e retangulares são comumente usadas para treliças de tubos devido à sua eficiente capacidade de carga e apelo estético. A escolha entre seções circulares e retangulares depende das exigências específicas do projeto, incluindo condições de carga e considerações arquitetônicas.

3.2 Conexões e Juntas

• Soldagem: A soldagem é o método mais comum para conectar membros em estruturas de treliça de tubos. O processo de soldagem deve garantir juntas de alta qualidade para evitar potenciais pontos fracos.
• Conexões aparafusadas: Embora menos comum em treliças de tubos, conexões aparafusadas podem ser usadas em determinadas circunstâncias, especialmente para facilitar a montagem e manutenção.
• Design do nó: O design dos nós (articulações onde os membros se cruzam) é crucial em estruturas de treliça de tubos. Os nós devem ser projetados para transferir forças de forma eficiente sem causar concentrações de estresse indevidas.

3.3 Consideração de cargas dinâmicas

• Cargas Eólicas: As cargas de vento devem ser consideradas no projeto de estruturas de treliça de tubos, especialmente para estruturas de grande vão e aquelas expostas a altas velocidades do vento.
• Cargas Sísmicas: Em regiões sismicamente ativas, o projeto deve levar em conta as cargas sísmicas, garantir que a estrutura possa resistir às forças induzidas por terremotos.
• Vibração: Para estruturas sujeitas a cargas dinâmicas, como máquinas ou atividade humana, A análise de vibração pode ser necessária para garantir o conforto e a integridade estrutural.

4. Construção e Montagem

4.1 Fabricação

• Manufatura de Precisão: A fabricação de componentes de treliça de tubos requer alta precisão para garantir que todos os membros se encaixem corretamente durante a montagem.
• Controle de qualidade: Medidas rigorosas de controle de qualidade devem estar em vigor durante a fabricação para garantir que todos os componentes atendam às especificações e padrões de projeto.

4.2 Transporte e Manuseio

• Transporte: O transporte de componentes de treliça de tubulação de grande porte deve ser planejado cuidadosamente para evitar danos e garantir a entrega segura no canteiro de obras.
• Manipulação: Devem ser seguidos procedimentos de manuseamento adequados durante a descarga e o posicionamento para evitar danos estruturais e garantir a segurança dos trabalhadores.

4.3 Montagem e Montagem

• Plano de Montagem: Um plano de ereção detalhado deve ser desenvolvido, descrevendo a sequência de montagem e os métodos de elevação e posicionamento dos componentes.
• Medidas de Segurança: Devem ser aplicadas medidas de segurança para proteger os trabalhadores durante o processo de montagem, incluindo o uso de andaimes, cintos de segurança, e outros equipamentos de proteção.
• Alinhamento e Nivelamento: Garantir que todos os componentes estejam devidamente alinhados e nivelados durante a montagem é crucial para a integridade estrutural da treliça.

5. Manutenção e Inspeção

5.1 Inspeções Regulares

• Inspeções Visuais: Inspeções visuais regulares devem ser realizadas para verificar se há sinais de desgaste, corrosão, ou danos.
• Ensaios Não Destrutivos: Métodos como testes ultrassônicos ou radiografia podem ser usados para detectar falhas internas nos membros ou articulações.

5.2 Manutenção

• Proteção contra corrosão: A manutenção regular dos revestimentos protetores e outras medidas de prevenção da corrosão é essencial, especialmente para estruturas expostas a condições ambientais adversas.
• Reparo e Reforço: Qualquer dano detectado deve ser prontamente reparado, e reforço deve ser adicionado se necessário para manter a integridade estrutural.

Conclusão

As estruturas de treliça de tubos de aço oferecem vantagens significativas em termos estéticos, desempenho estrutural, e eficiência de materiais. Design adequado, fabricação, ereção, e a manutenção é essencial para a plena realização desses benefícios. Aderindo aos princípios de design estabelecidos e às melhores práticas, engenheiros podem criar duráveis, econômico, e estruturas de treliça de tubos visualmente atraentes que atendem às demandas da arquitetura e construção modernas.