Após obter o plano arquitetônico de um edifício, uma das tarefas mais importantes para um engenheiro estrutural é determinar a posição e a orientação das colunas. Essa decisão impacta o layout de vigas, lajes, escadas e a seleção de fundações. Neste artigo, exploraremos como decidir a posição das colunas em um plano de construção durante o planejamento estrutural.
1. Posicionamento de Colunas em Cantos e Interseções
Uma prática comum é colocar colunas nos cantos ou perto deles de um edifício, bem como nas interseções de vigas ou paredes. O propósito principal das colunas é fornecer suporte para as vigas, que são colocadas sob as paredes para ajudar a distribuir a carga. Esse posicionamento garante que as colunas suportem efetivamente a estrutura e mantenham a estabilidade do edifício.
2. Colocando Colunas na Linha da Propriedade
Em certos casos excepcionais, pode não ser viável colocar uma coluna na junção de paredes, especialmente quando a coluna está localizada ao longo da linha da propriedade. Isso pode apresentar desafios em fornecer a base necessária para tais colunas devido a limitações de espaço. Para superar isso, as colunas podem ser deslocadas para dentro ao longo de uma parede transversal para acomodar a base dentro da linha da propriedade. Alternativamente, uma base de tira ou uma base combinada pode ser usada para resolver o problema.
3. Considerações sobre o Vão da Viga: Evite Vãos Maiores para Eficiência de Custos
O vão de uma viga é um fator crítico no projeto estrutural, afetando tanto o tamanho quanto o custo da viga. Vãos maiores devem ser evitados por razões econômicas, pois a profundidade necessária da viga aumenta com o comprimento do vão. Esse aumento na profundidade leva a um peso próprio e carga total maiores. Isso ocorre porque o momento que rege o projeto da viga é diretamente proporcional ao quadrado do vão e à carga, como é evidente pela equação do momento fletor:
M = wl²/8
Portanto, vãos maiores levam a um aumento na profundidade da viga e no custo. Por outro lado, colunas são geralmente mais econômicas do que vigas, pois seu tamanho não aumenta significativamente com a altura (desde que a coluna permaneça relativamente curta).
4. Otimizando o Layout Estrutural para Obter Eficiência de Custos
Vamos explorar duas alternativas no layout estrutural:
Alternativa I: Uma única coluna colocada em C para criar uma viga contínua de dois vãos para AB. Alternativa II: Duas colunas colocadas em E e G para formar uma viga contínua de três vãos para AB.
No Caso I, os vãos AC e CB serão maiores, e a viga suportará duas cargas pontuais — uma em E e a outra em G — transferidas de vigas secundárias. Isso exigirá uma seção mais pesada para a viga.
No Caso II, com colunas em E e G, a viga se torna uma viga contínua de três vãos. O comprimento da viga é reduzido, e ela carrega apenas uma carga pontual em C (localizada no vão central). Isso reduz os momentos de flexão nos vãos externos AE e GB, levando a uma redução considerável no custo da viga.
Portanto, a Alternativa II é mais econômica na maioria dos casos.
5. Limites Máximos de Vão da Viga
Em geral, para vigas que suportam cargas móveis de até 4 KN/m², os vãos máximos podem ser limitados a estes valores:
- Vão máximo para vigas de concreto armado: 8 a 12 metros
- Vão máximo para vigas de aço: 12 a 18 metros
6. Evitando Espaçamento Excessivo entre Colunas
Maior espaçamento entre colunas não só resulta em vãos maiores para vigas, mas também aumenta a carga sobre as colunas, levando a colunas mais volumosas em andares mais baixos. O uso de seções maiores de colunas também pode causar deslocamentos das paredes, o que pode obstruir a área disponível do piso.
7. Minimização de Momentos de Flexão em Vigas por meio da Otimização da Posição dos Pilares
Quando as colunas estão localizadas muito próximas umas das outras, como no canto de um edifício ou onde as paredes se cruzam, é aconselhável fornecer apenas uma coluna nessas áreas para minimizar o momento de flexão na viga.
Pequenos deslocamentos, como os pontos P e Q, às vezes são incluídos no projeto de construção por razões arquitetônicas. Se uma coluna for fornecida apenas em P, a viga B1 transferirá uma carga concentrada no ponto Q, resultando em um vão maior e maior momento de flexão na viga B3. Por outro lado, se a coluna for colocada em Q (sem coluna em P), a reação da viga B2 em P gera um momento de curvatura no cantilever PQ, reduzindo o momento de flexão de flacidez na viga B3. Portanto, colocar a coluna em Q é uma opção mais econômica.
Conclusão
O posicionamento de colunas é um aspecto crucial da engenharia estrutural, influenciando diretamente o projeto e o custo de vigas, lajes e fundações. Ao posicionar colunas estrategicamente e otimizar vãos de vigas, os engenheiros podem criar uma estrutura mais econômica e estável.
