As cargas transversais que atuam nas estruturas devem ser absorvidas por sistemas de suporte de carga transversal, como contraventamentos, paredes divididas, pórticos, etc. Todos os edifícios a serem construídos devem ter sistemas de suporte de carga transversais.
Os efeitos das cargas laterais, como vento e cargas sísmicas, tornam-se críticos à medida que a altura do edifício aumenta. Diferentes tipos de sistemas estruturais conforme descrito no artigo 14 tipos de formas estruturais para edifícios altos ser implementado em edifícios altos conforme necessário.
Vamos discutir os diferentes tipos de cargas laterais que atuam nas estruturas. Os seguintes tipos de cargas laterais podem ser observados.
- Cargas de vento
- Cargas sísmicas
- Água
- Cargas terrestres
- Cargas nominais
Cargas de vento
O vento é uma carga lateral inevitável que atua nas estruturas. Eles se tornam críticos à medida que a altura do edifício aumenta. A pressão do vento exercida sobre o edifício e o momento fletor no nível da base aumentam à medida que a altura do edifício aumenta.
A variação na pressão do vento não é uniforme ao longo da altura do edifício. A taxa de aumento diminui com a altitude. No entanto, para edifícios pequenos existe um padrão de carregamento diferente.
A figura a seguir mostra a variação típica das cargas de vento em estruturas altas.
A variação da pressão do vento deve ser calculada com base nas normas pertinentes. Para calcular os impactos do vento, normalmente são levadas em consideração a velocidade do vento no local, as condições da área circundante, etc.
A figura a seguir mostra o método de aplicação de cargas de vento em edifícios pequenos.
Diferentes cargas de vento podem ser observadas em edifícios menores. Em edifícios de aço, em particular, as pressões horizontais, as pressões verticais ascendentes e descendentes e as forças de sucção atuam na parede traseira.
Como os elementos de aço têm uma rigidez inferior à concreto Elemento em um projeto de natureza semelhante, muita atenção deve ser dada aos ventos no projeto de edifícios de aço.
Os seguintes padrões são usados mundialmente para o projeto de cargas de vento
- CP3 Capítulo V Parte 2: 1972 – (Velocidade de rajada de vento de 3 segundos)
- BS 6399 Parte 2: 1997 – ( Velocidade média horária do vento)
- BS EN 1991-1-4:2005 – ( Velocidade média do vento de 10 minutos)
- AS/NZS 1170.2: 2002 – (Velocidade de rajada de vento de 3 segundos)
Testes em túnel de vento
Geralmente, ao construir uma estrutura, a pressão do vento é aplicada a ela em duas direções perpendiculares. Além disso, as cargas de vento são calculadas com base em fatores que se presume representarem o ambiente circundante. No entanto, estas suposições não refletiriam o comportamento real das estruturas.
As cidades estão se desenvolvendo rapidamente. Eles mudam de repente. Isso afeta o padrão de fluxo do vento.
Ao planejar edifícios mais altos, é muito importante levar em consideração as condições ambientais reais ao planejar a energia eólica.
A avaliação correta das cargas laterais em edifícios altos é muito importante. Mesmo que a avaliação esteja correta até certo ponto, deverá existir um método para verificar o comportamento da estrutura sob impactos.
Pensando nisso, são realizados ensaios em túnel de vento para verificar as tensões no elemento estrutural por meio de um modelo em escala da estrutura real.
Para edifícios altos, a realização de testes em túnel de vento é de extrema importância para garantir que a estrutura se comporta de acordo com a carga aplicada no modelo de análise computacional.
Cargas sísmicas como cargas laterais
Existem sete placas principais na Terra. Estamos em uma dessas placas. O movimento de uma placa sobre a outra provoca vibrações e, como resultado, um terremoto.
Quanto mais próximo estiver o limite da placa, maior será a magnitude do terremoto. As zonas sísmicas são definidas dependendo da distância até o limite da placa.
A magnitude da carga sísmica é calculada com base nessas zonas sísmicas.
Existem diferentes regulamentos para o cálculo da carga sísmica numa estrutura.
Cargas sísmicas de acordo com UBC 1997
O procedimento a seguir pode ser usado para calcular as cargas transversais básicas que atuam em um edifício.
- Classificação da estrutura: dependendo do tipo de estrutura, os fatores sísmicos podem ser encontrados na Tabela 16-N.
- Determine o fator importante para a Tabela 16-K
- Utilizando o tipo de perfil do solo e o fator de zona Sesimci da Tabela 16-K, determine os valores de Ca e Cv das Tabelas 16-Q e 16-R, respectivamente.
- Determine o período estrutural da Equação 30-8
- Calcule o cisalhamento base da Equação 30-4
- Verifique a força de cisalhamento máxima da Equação 30-5
- Verifique a força de cisalhamento mínima da Equação 30-6
- Determine a força concentrada da Equação 30-14
- Encontre a distribuição vertical das forças de cisalhamento da Equação 30-13
Depois de calcularmos a carga lateral, podemos realizar a análise. Este é um tipo de método de análise estática. A força de cisalhamento calculada pode ser aplicada a cada piso. Neste tipo de análise, a análise computacional é mais conveniente.
Existem também outros métodos, como análise de espectro de resposta e análise de histórico de tempo. Eles também são comumente usados por engenheiros civis.
Cargas de água como cargas transversais
Ao projetar tanques de água, barragens ou outras estruturas para reter líquidos, usamos o mesmo método usado para aplicar pressão de água.
Deve ser dada especial atenção às tensões causadas pela pressão da água em situações de terramotos. Se for necessário ter em conta os sismos, as alterações necessárias devem ser feitas no perfil de pressão da água.
Ao projetar barragens, vertedouros, comportas de vertedouros, etc., são levadas em consideração as flutuações de pressão com a altura causadas pelo terremoto.
O artigo Pressão da água causada por terremotos Discuta o método para calcular a mudança de pressão devido a um evento sísmico.
Cargas de terra como cargas laterais em edifícios ou outras estruturas
Se for necessário reter a terra, devem ser feitos os cálculos necessários para determinar a pressão correta da terra a ser aplicada às estruturas.
Em geral, as estruturas são inicialmente projetadas para serem estáveis. A estabilidade é então verificada.
- Virar
- Sistemas deslizantes
- Inspirador
Além disso, é necessário o controle da pressão de contato sob a base.
Os fatores de segurança exigidos devem ser atendidos de acordo com o padrão de projeto relevante. Geralmente, os seguintes fatores de segurança são levados em consideração durante o projeto.
- Reviravolta = 1,5
- Deslizamento = 1,5
- Elevador = 1,2
O artigo Análise de estabilidade de estruturas discute detalhadamente os métodos que devem ser seguidos nos cálculos de estabilidade.
Dependendo das condições de fixação, a seleção do coeficiente de pressão lateral de terra apropriado é muito importante. Caso contrário, ocorrerão resultados incorretos.
- Estado ativo
- Em repouso
- Estado passivo
O artigo Cálculo de estabilidade de muros de contenção explica o método de cálculo dos coeficientes de pressão e fornece um exemplo prático para melhor compreensão.
Além disso, as seguintes equações são usadas para calcular os coeficientes de pressão.
Em repouso
Ko = 1-sinφ
Pressão ativa
Ka = (1-sinφ) / (1+sinφ)
Pressão passiva
Kp = (1+sinφ) / (1-sinφ)
O artigo Coeficiente de pressão lateral da terra O cálculo do coeficiente de pressão lateral e sua aplicação são discutidos com mais detalhes.
A pressão ativa e passiva pode ser facilmente distinguida. À medida que o solo se move em direção à estrutura, é criada uma condição de pressão ativa. À medida que a estrutura se move em direção ao solo, é criada uma pressão passiva.
Quando em repouso, não há movimento da estrutura. Em geral, a pressão lateral aplicada à estrutura é maior que o estado de pressão ativa.
Quando devemos considerar a hibernação?
De acordo com a definição, o estado de repouso não representa movimento da estrutura. Podemos utilizar o estado de repouso nos seguintes casos.
- Precisamos de uma estrutura rígida com deflexões muito baixas. O coeficiente de pressão de repouso pode ser levado em consideração para os cálculos. Quanto maior a pressão, maiores serão os momentos fletores e as forças cortantes. Portanto, garanta uma seção mais espessa com uma área de reforço comparativamente maior. Então a deflexão é reduzida.
- Usamos o modo de repouso para projetar a maioria das estruturas hidráulicas. Estas são principalmente estruturas de suporte de terra. Além disso, o movimento destas estruturas afecta a funcionalidade das utilidades mecânicas ligadas a estas estruturas. Por exemplo, as estruturas dos portões são fixadas aos muros de contenção e são geralmente estruturas mais altas, que podem ter cerca de 10-20 m de altura. Devido à altura das estruturas, a deflexão no topo é significativa, o que pode não ser aceitável para as utilidades mecânicas. Portanto, nós os projetamos para pressões mais altas para minimizar deflexões laterais.
- Além disso, devido a vários fatores, a pressão ativa tende a aumentar com o tempo. Isto também é levado em consideração nestes tipos de estruturas.
- A hibernação é considerada para estruturas que não podem ser movidas devido a restrições. Por exemplo, um muro de contenção que está conectado a um edifício e não permite deformações significativas. É aconselhável ter em conta a dormência, pois esta pode desenvolver-se ao longo do tempo devido às restrições à circulação no solo.
Cargas nominais
Todas as estruturas devem ser projetadas para cargas fictícias. Esta é a carga mínima colocada em uma estrutura. Também cobre todos os erros de projeto, distribuições de momentos, etc. Porém, observa-se que, ao projetar edifícios, muitas vezes as pessoas esquecem de considerar as cargas fictícias como cargas laterais.
Para estruturas pequenas, aplicamos as cargas fictícias ao edifício como cargas horizontais durante a análise.
Quando as cargas de vento se tornam críticas, comparamos a carga de vento considerada com a carga nacional e consideramos o valor mais crítico para a análise.
As cargas Notortiona são calculadas considerando metade da altura acima do solo e abaixo do solo de um andar a outro. Todas as cargas permanentes que se enquadram nesta faixa são levadas em consideração no cálculo. 1,5% do peso é exercido como força horizontal naquele piso específico. Da mesma forma, as cargas são calculadas para todos os pisos e desde o piso térreo até ao nível do telhado. Estas cargas devem ser aplicadas após o caso de carga crítica ter sido determinado conforme mencionado acima.
