Sistemas cantilever para estabilidade de edifícios altos

Os edifícios altos são vulneráveis ​​a forças laterais, como o vento e a atividade sísmica, que podem causar oscilações e afetar o conforto e a segurança dos ocupantes. Para superar esses desafios, os engenheiros desenvolveram sistemas estruturais inovadores e um desses sistemas é o sistema cantilever. Neste artigo, exploraremos os sistemas cantilever, seus princípios, aplicações e seu papel crucial na garantia da estabilidade dos arranha-céus.

Noções básicas de sistemas de suporte

A Sistema de suporte é uma configuração estrutural utilizada em edifícios altos para melhorar a estabilidade lateral.

Ele usa treliças ou vigas horizontais chamadas cantilevers que conectam o núcleo do edifício (que normalmente contém elevadores, escadas e serviços públicos) aos suportes ou paredes externas.

Os estabilizadores atuam como “braços cantilever” que se estendem do núcleo ao perímetro do edifício.

Os principais objetivos dos sistemas de apoio são:

  1. Distribuição lateral de carga: Distribuir e equilibrar as forças laterais uniformemente em toda a estrutura, evitando oscilações excessivas.
  2. Melhorando a rigidez: Aumentando a rigidez geral do edifício, reduzindo assim a amplitude das deflexões laterais.
  3. Eficiência estrutural: Otimizando o uso de materiais e reduzindo o tamanho dos elementos estruturais para construir edifícios mais altos e mais finos.

Princípios de sistemas de apoio

A forma como os sistemas de apoio funcionam baseia-se em vários princípios básicos:

  1. Chaves diagonais: Os cantilevers são frequentemente equipados com escoras diagonais ou treliças. Estas escoras transferem forças laterais do núcleo para os suportes externos, evitando o movimento lateral.
  2. Transmissão de forças transversais: Cantilevers facilitam a transferência de forças de cisalhamento do núcleo para o exterior do edifício e reduzem os momentos fletores nos pilares.
  3. Transferência de carga vertical: Os cantilevers também podem ajudar a transferir algumas das cargas verticais dos andares superiores do edifício para o núcleo, melhorando a distribuição da carga.

Sistema cantilever em edifícios altosSistema cantilever em edifícios altos

Fonte da imagem: Internet

Tipos de sistemas de suporte

Existem diversas variantes de sistemas de suporte, cada uma adaptada a requisitos arquitetônicos e técnicos específicos:

1. Lança para treliça de cinto:

Um cantilever de treliça de cinto é um sistema estrutural usado na construção de edifícios altos para melhorar sua estabilidade, neutralizar forças laterais (como vento e cargas sísmicas) e garantir a integridade estrutural.

Este sistema envolve a instalação de uma treliça horizontal, geralmente de aço ou concreto armado, que circunda o perímetro da edificação. Aqui estão os principais aspectos dos cantilevers de treliça de correia:

Propósito:

Melhorando a estabilidade lateral: Prédios altos são suscetíveis a forças laterais, que podem causar oscilações e desconforto aos moradores. Os cantilevers de treliça de correia são projetados para aumentar a resistência de um edifício a tais forças, garantindo que ele permaneça estável e que os movimentos sejam minimizados.

Distribuir cargas: Esses cantilevers distribuem efetivamente as forças laterais causadas pelo vento e pelos terremotos nas colunas externas do edifício. Esta distribuição uniforme evita tensões concentradas e possíveis danos estruturais.

características técnicas:

Treliça horizontal: O principal componente de um cantilever de treliça de correia é a treliça horizontal. Esta estrutura envolve o edifício e conecta os suportes externos. Atua como um anel estrutural e proporciona a rigidez e resistência necessárias.

Transferência de carga: A treliça transfere as forças laterais que atuam no edifício para o núcleo central ou parede central, que geralmente é uma parte mais robusta e estável da estrutura. Este mecanismo de transferência de carga evita oscilações excessivas.

Rigidez estrutural: A treliça horizontal aumenta significativamente a rigidez estrutural geral do edifício e reduz a deflexão lateral e a oscilação. Esta rigidez é crítica para o conforto e segurança dos residentes em edifícios altos.

Aplicações em edifícios altos:

Arranha-céus altos: Os cantilevers de treliça são amplamente utilizados na construção de arranha-céus altos e edifícios superaltos para enfrentar os desafios das cargas de vento em grandes altitudes.

Áreas em risco de terremotos: Em regiões com elevada atividade sísmica, estes sistemas cantilever ajudam a melhorar a resistência de um edifício às forças laterais induzidas por terremotos.

Integração arquitetônica: Os cantilevers de treliça podem ser integrados ao projeto arquitetônico de edifícios altos. Quando integrados de forma inteligente, podem ser visíveis e tornar-se uma parte marcante da estética do edifício.

Resistência ao vento: Os cantilevers de treliça ajudam os edifícios altos a resistir a ventos fortes, proporcionando estabilidade lateral adicional e reduzindo a oscilação induzida pelo vento.

Conforto para os ocupantes: Ao reduzir a vibração do edifício, os cantilevers da treliça garantem conforto e segurança aos residentes, especialmente nos andares mais altos.

Os cantilevers de treliça de correia são cruciais na construção de edifícios altos, pois atendem aos requisitos de estabilidade e resistência às forças laterais.

Seu projeto de engenharia e capacidade de distribuição de carga os tornam um componente valioso de estruturas altas e arquitetonicamente impressionantes, garantindo a integridade estrutural, a segurança e o bem-estar dos ocupantes.

2. Cantilever de treliça de chapéu:

Um estabilizador de treliça é um sistema estrutural frequentemente usado na construção de edifícios altos para melhorar sua estabilidade e resistência a forças laterais, especialmente cargas de vento e terremotos.

Este sistema é caracterizado pela utilização de uma treliça horizontal ou “treliça de chapéu” localizada nos níveis superiores do edifício, muitas vezes perto do telhado ou coroamento. Aqui estão os principais detalhes sobre cantilevers de treliça de chapéu:

Componentes e design:

Gravata de chapéu: A principal característica de um Hat Truss Outrigger é a treliça horizontal que assume a forma de um “chapéu”. Essa treliça percorre todo o perímetro do edifício e geralmente está localizada nos níveis superiores, criando um anel horizontal ao redor da estrutura.

conexões: A treliça do chapéu é conectada ao núcleo central ou parede central do edifício e aos suportes externos. Estas ligações garantem que as forças laterais são eficazmente distribuídas e transferidas da camada exterior do edifício para o seu núcleo, aumentando a estabilidade global.

Finalidade e funções:

Estabilidade lateral: As lanças de vigas de chapéu desempenham um papel crucial na melhoria da estabilidade lateral de um edifício alto. Eles são projetados para compensar oscilações e movimentos causados ​​por ventos fortes e atividades sísmicas, garantindo conforto e segurança aos ocupantes.

Transferência de carga: A principal função da treliça de chapéu é absorver forças laterais como: B. cargas de vento a serem transferidas para o núcleo central ou parede central do edifício. Este mecanismo de transferência de carga evita deflexões excessivas e garante que o edifício permaneça em pé.

Rigidez estrutural: Ao adicionar uma treliça horizontal nos andares superiores, o sistema aumenta significativamente a rigidez estrutural geral do edifício. Esta rigidez reduz a oscilação lateral e o arqueamento, especialmente em estruturas altas.

Formulários:

Edifícios imponentes: As lanças de feixe de chapéu são amplamente utilizadas na construção de edifícios altos e edifícios super altos. São particularmente valiosos em locais onde ventos fortes ou atividades sísmicas comprometem a estabilidade estrutural.

Integração arquitetônica: Em muitos casos, os Hat Truss Outriggers são integrados ao projeto arquitetônico de edifícios altos. Eles podem ser visíveis e tornar-se uma parte marcante da estética do edifício.

Regiões em risco de terremotos: Os edifícios em regiões propensas a terremotos beneficiam-se da estabilidade adicional fornecida pelos sistemas cantilever de treliça que ajudam a resistir às forças laterais durante eventos sísmicos.

Em resumo, o sistema Hat Truss Outrigger é um componente crucial na construção de edifícios altos, pois garante que estes permaneçam estáveis ​​e resilientes às influências ambientais. Este sistema melhora a rigidez estrutural, distribui cargas e contribui para o conforto e segurança dos ocupantes de edifícios altos.

3. Gravatas de cinto e chapéu combinadas:

A combinação de um Belt Truss e Hat Truss no design de um arranha-céu é uma abordagem eficaz para melhorar a estabilidade estrutural, mitigar as forças laterais e garantir a integridade estrutural do edifício, especialmente em condições ambientais difíceis.

Este sistema combinado aproveita os pontos fortes de ambos os tipos de treliça para proporcionar um desempenho superior. Aqui está uma visão geral da integração de sistemas de treliça e treliça:

Conforme mencionado anteriormente, a treliça de cinta é uma treliça horizontal que envolve todo o perímetro do edifício e conecta os suportes externos. A sua principal tarefa é distribuir forças e momentos laterais, como os causados ​​pelo vento e pelos sismos, pela estrutura do edifício.

A viga chapéu, por outro lado, é uma viga horizontal localizada nos níveis superiores do edifício, normalmente próximo ao telhado ou coroa. Conecta o núcleo central ou parede central aos suportes externos e serve para melhorar a estabilidade lateral e a rigidez estrutural.

Vantagens combinadas:

A integração de ambos os sistemas de treliça em um projeto de arranha-céus oferece diversas vantagens:

Melhor estabilidade lateral: A combinação de uma treliça de correia e uma treliça de chapéu oferece uma solução abrangente para absorver forças laterais. A treliça do chapéu nos níveis superiores reduz a oscilação, enquanto a treliça da correia perto da base distribui eficazmente essas forças.

Distribuição de carga: As forças laterais são distribuídas uniformemente pelos apoios externos, evitando concentrações locais de tensões. Esta distribuição uniforme melhora a capacidade de carga global do edifício.

Integração arquitetônica: Com um planejamento cuidadoso, a combinação de sistemas de cinta e treliça pode ser integrada ao projeto arquitetônico do edifício, contribuindo para sua estética e criando elementos de design diferenciados.

Resistência ao vento e terremotos: Esta abordagem dupla garante que o edifício possa resistir eficazmente ao vento e aos terramotos e, portanto, é adequado para construções de arranha-céus em regiões propensas a estes desafios.

Formulários:

A combinação de sistemas de cinto e porta-chapéus é particularmente adequada para a construção de edifícios muito altos e arranha-céus. É frequentemente escolhido para arranha-céus em áreas urbanas onde as cargas de vento e a atividade sísmica desempenham um papel importante.

Complexidade e custos:

É importante notar que a integração de ambos os sistemas pode aumentar a complexidade do projeto estrutural e da construção do edifício. Isto pode resultar em custos mais elevados, mas os benefícios adicionais em termos de estabilidade, segurança e conforto para os residentes são frequentemente considerados que valem o investimento.

A combinação de sistemas de cinta e treliça na construção de edifícios altos fornece uma solução robusta para os desafios colocados pelas forças laterais. Esta abordagem garante a estabilidade estrutural do edifício mesmo sob condições ambientais adversas e contribui para o desempenho geral e a segurança de estruturas altas.

Os sistemas cantilever são uma ferramenta importante na construção de edifícios altos, pois garantem a sua estabilidade e resistência a forças laterais, como vento e sismos.

Através de uma distribuição de carga eficiente e de uma maior rigidez, estes sistemas permitem a construção de arranha-céus icónicos que moldam as nossas paisagens urbanas.

À medida que a tecnologia e as práticas de engenharia continuam a evoluir, os sistemas cantilever continuarão a ser parte integrante da construção de edifícios cada vez mais altos e inovadores que moldam as cidades do futuro.

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