Projeto estrutural de estrutura de aço para um hotel de 4 andares em Papua Nova Guiné

 

Localização: Papua Nova Guiné

Zona Sísmica: Intensidade sísmica de8 graus(equivalente a PGA ≈ 0,3g com base em ASCE 7 ou códigos locais semelhantes)

Carga de Vento: Velocidade básica do vento =120 km/h (~33.3 m/s)

Carga de neve: Nenhum

Uso do edifício:

Nível 1: Garagem (altura=3.8 m)

Níveis 2–4: Quartos de hotel (altura-do-do chão ao-chão=3.7 m, 3,7 m e 3,4 m, respectivamente)

Tipo de telhado: Telhado-de inclinação única(inclinação assumida=2% para drenagem)

Paredes Exteriores: Blocos ocos de concreto não-estruturais (construídos localmente;não suporta-carga)

Sistema de piso: Plataforma de aço composta com cobertura de concreto moldado-no-local(a especificar)

 

 

Comprimento total do edifício: 80 m

Configuração do plano:

Ala Leste: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Ala Oeste: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Observação: O plano énão-retangular, provavelmente em formato de L-ou escalonado. Para análise estrutural, o edifício é tratado como dois blocos conectados com possível junta de dilatação ou ligação rígida dependendo do detalhamento sísmico.

Tamanhos típicos de baía: Assuma o espaçamento entre colunas de7,5 m longitudinalmentee6,0 m transversalmente(ajustável por entrada arquitetônica).

 

 

Código Primário: AISC 360-16 (Especificação para Edifícios Estruturais em Aço)

Projeto Sísmico: ASCE 7-16 (ou equivalente – adaptado para sismicidade PNG)

Carga de Vento: ASCE 7-16, Capítulo 27 (Procedimento Direcional)

Padrões de Materiais: ASTM A992 (vigas/colunas), ASTM A36 (placas, membros secundários)

 

 

 

Componente	Carga (kN/m²)
Placa de aço + 125 mm Laje de concreto (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Teto, MEP, Acabamentos	0.5
Cobertura (deck metálico + isolamento)	0.3
Parede de bloco oco (não-estrutural, mas aplicada como carga linear em vigas)	~3,0kN/m(por metro de altura)

 

 

Nível	LL (kN/m²)	Referência
Piso 1 (Estacionamento)	2.5	ASCE 7
Níveis 2–4 (Hotel)	1.9	ASCE 7 (residencial)
Teto	0.5	Carga de manutenção

 

 

Velocidade básica do vento:V = 33.3 m/s

Categoria de exposição:C(assumindo terreno suburbano/urbano)

Fator de rajada:G = 0.85

Coeficiente de pressão (Cp):

Parede (barlavento):+0.8

Parede (sotavento):–0.5

Telhado (inclinação-única):–0,9 a –0,3(dependendo da zona)

Usando Eq ASCE 7. 27.3-1:
[q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 I ]
Assumindo (K_z=0.85) a meia-altura (~7 m), (I=1.0), (K_{zt}=1.0), (K_d=0.85):
[ q_z ≈ 0.613 × 0.85 × 1.0 × 0.85 × (33.3)^2 × 1.0 ≈ 0,613 × 0,7225 × 1109 ≈ 490 Pa ≈ 0,49 kN/m² ]

Pressão do vento projetada:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Pressão máxima da parede ≈0,33 kN/m²(barlavento), sucção ≈–0,21kN/m²(sotavento)

Observação: Devido à baixa elevação (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Resposta Espectral: Para zona de 8 graus, assumaS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(estimativa conservadora por adaptação local da ASCE 7)

Categoria de risco: II

Fator-R (estrutura de momento de aço): R = 8(para Quadro de Momento Especial – SMF)

Fator de Importância: (I_e = 1.0)

Período Fundamental Aproximado:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Altura total (h_n=3.8 + 3×3,7 – 0.3=14.6) m aprox.)

Cisalhamento de base sísmica:
[V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% do peso total- significativo.

 

 

Área útil ≈ (55,6×27) + (25×41,7) ≈ 1501 + 1043 =2544 m²

3 andares ocupados + telhado ≈ 4 níveis

Média DL + LL por andar ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65kN/m²

Peso total (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57.500 kN

Cisalhamento de base (V ≈ 0,125 × 57.500 ≈7.200 kN

→ Sísmica governa o ventopara desenho lateral.

 

 

Sistema de resistência à força lateral (LFRS):

Estruturas especiais com reforço concêntrico (SCBF)ouQuadros de Momento Especial (SMF)

Dada a flexibilidade arquitetônica e a necessidade de estacionamento aberto,SCBFpreferido pela eficiência e ductilidade em zonas-de alta atividade sísmica.

Sistema de gravidade:

Vigas compostas(Formas W-com pinos de cisalhamento + deck metálico + laje de concreto)

Colunas: Seções HSS ou W-contínuas da fundação ao telhado

Preparação: X-contraventamento em ambas as direções nos núcleos e perímetro da escada/elevador sempre que possível

Teto: Inclinação-única suportada por vigas inclinadas do telhado ou estruturas cônicas; terças por cima.

 

 

6.1 Vigas do Piso (Interior Típico)

Vão: 7,5 m

Carga: (w=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 kN/m)

Momento máximo: (M=wL^2/8=30.9 × 7,5^2/8 ≈ 217 kN·m)

Módulo de seção necessário: (Z_x Maior ou igual a M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

Seção de teste: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, OK)

6.2 Vigas de Borda (com carga na parede)

Carga adicional na parede: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1kN/m

Total w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Colunas (Interior, 4 andares)

Área tributária: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Carga axial por andar: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Total P ≈ 4 × 232 =928kN

Adicione 20% para efeitos axiais sísmicos →P_u ≈ 1.115 kN

Comprimento efetivo (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

Julgamento:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2.880kN >>1.115 kN → OK)

Use W250×67 ou HSS203×203×9,5 para economia

6.4 Membros de Contraventamento (SCBF)

Suponha que haja contraventamento em 2 baias por direção

Cisalhamento sísmico por compartimento ≈ 7.200 / (número de quadros contraventados)

Suponha 4 quadros contraventados em cada direção → ~900 kN por quadro

Força diagonal: (F=V / sinθ); θ=45 grau → F ≈ 900/0,707 ≈1.270kN

A_g obrigatório Maior ou igual a 1.270.000 / (0,9×345) ≈4.090mm²

Julgamento: HSS152×152×9,5(A=5,200 mm², OK para tensão/compressão com verificação de esbeltez)

 

 

Deck metálico: Conform® 2.0 ou Bondek®(profundidade do perfil=60 mm)

Laje de concreto: 125 mm de espessura, f'c=25 MPa

Pinos de cisalhamento: 19 mm de diâmetro × 100 mm de altura, espaçado em300 mm ocao longo das vigas

Ação Composta: Interação total assumida de acordo com AISC 360 Capítulo I

 

 

Relatório de solo obrigatório– assumir capacidade de carga moderada (150 kPa)

Reações de Coluna: Máx. ~1.200 kN → tamanho da base ≈ √(1.200/150) ≈2.8 m × 2.8 mbase isolada

Ancoragem Sísmica: Hastes de ancoragem projetadas para levantamento e cisalhamento conforme ACI 318

 

 

Transferir-para-a coluna: Placas finais aparafusadas ou conexões de momento soldadas (se for usado SMF)

Preparar-para-reforço: Método da seção Whitmore de acordo com as Disposições Sísmicas AISC

Suporte de convés: Rolamento simples no flange superior da viga

 

 

Item	Especificação
LFRS	Estruturas especiais com reforço concêntrico (SCBF)
Feixes Gravitacionais	W410×60 (interior), W460×74 (borda)
Colunas	W250×67 ou HSS203×203×9,5
Aparelho ortodôntico	HSS152×152×9,5
Deck de piso	Plataforma metálica composta com 60 mm de profundidade + 125 mm de concreto
Cisalhamento de base sísmica	~7.200 kN (rege o projeto)
Pressão do Vento	~0,33 kN/m² (não-governamental)
Inclinação do telhado	Inclinação única de 2%, suportada por vigas inclinadas

 

 

Envolver o engenheiro geotécnico local para o relatório do solo.

Coordene com o arquiteto para localizar estruturas reforçadas sem obstruir o estacionamento ou os quartos.

Use um sistema de pintura-resistente à corrosão (ambiente C4 de acordo com a ISO 12944 – PNG costeira).

Forneça juntas de movimento se as asas leste/oeste estiverem significativamente deslocadas.

Execute análises estruturais 3D detalhadas usando software (por exemplo, ETABS, SAP2000) incluindo efeitos P-Δ.

 

 

 

Esta estimativa de tonelagem de aço abrange os elementos estruturais de aço primários e secundários necessários para os sistemas de resistência à gravidade e à carga lateral-do hotel de 4 andares, incluindo:

Colunas (da fundação ao telhado)

Vigas de piso e telhado (projeto composto)

Membros de contraventamento (estruturas especiais com contraventamento concêntrico – SCBF)

Estrutura do telhado (vigas e terças inclinadas)

Conexões (estimadas em 5% do peso do membro principal)

Excluído:

Deck metálico (considerado revestimento não{0}}estrutural/suporte de laje)

Hastes de ancoragem, placas de base (incluídas na permissão de conexão)

Escadas, corrimãos, aço diverso

 

 

A planta do edifício consiste em dois blocos conectados:

Bloco Leste: 55.6 m × 27 m

Bloco Oeste: 25 m × 41.7 m
→ Pegada total ≈2,544 m²

Grade de coluna típica:7,5 m (longitudinal) × 6,0 m (transversal)

Número de colunas:

Bloco leste: (55,6/7,5 ≈ 8 baias → 9 linhas) × (27/6 ≈ 4,5 → 5 linhas) =45 colunas

Bloco oeste: (25/7,5 ≈ 3,3 → 4 linhas) × (41,7/6 ≈ 7 → 8 linhas) =32 colunas

Deduza a sobreposição na junção (~5 colunas compartilhadas) →Colunas totais ≈ 72

Pisos: 4 níveis (incluindo telhado)

Quadros contraventados: 2 por direção por bloco →8 baias reforçadas no total

Inclinação da cobertura: 2%, apoiada em vigas inclinadas; sem treliças

 

 

Dada a natureza do projecto como habitação pública, decidimos reforçar todo o sistema estrutural para criar um edifício robusto e com uma vida útil superior a 100 anos. Para conseguir isso, substituímos pilares convencionais por pilares de aço de seção{2}}caixa e os preenchemos no-local com concreto, melhorando significativamente a resistência estrutural geral.

 

 

Seção:Tipo de caixa 400X400x12x12mm(massa=146.2 kg/m)

Altura por coluna:

Nível 1: 3,8 m

Níveis 2–3: 3,7 m cada

Nível 4: 3,4 m
→ Altura total =14.6 m

Comprimento total da coluna=72 × 14.6 =1,051 m

Peso da coluna=1,051 m × 146,2 kg/m =153.656 kg ≈ 153,7 toneladas

Nota: As colunas do piso térreo podem ser mais pesadas; isso é uma média.

 

 

Vigas Interiores: WH500X290X10X16mm (massa=109.6 kg/m)

Vão: 7,5 m

Número por andar:

Bloco leste: 5 linhas transversais × 8 vãos longitudinais=40

Bloco oeste: 8 linhas transversais × 3 vãos longitudinais=24
→ 64 vigas interiores por andar

Total para 3 pisos + estrutura do telhado=4 × 64 =256 vigas

Comprimento=256 × 7.5 =1,920 m

Peso=1.920 × 109.6=210.432kg

Vigas de borda/perímetro: WH600X200X12X12mm (massa=92 kg/m)

Comprimento do perímetro por andar ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – sobreposição ≈290 m/piso

Suponha vigas de borda a cada 6 m → ~48 vigas de borda por andar

Total=4 × 48 =192 vigas, média. intervalo=6.0 m

Comprimento=192 × 6 =1,152 m

Peso=1,152 × 92=105.984kg

Peso total da viga = 210,432 + 105,984 = 316.416 kg ≈ 316,4 toneladas

 

 

Seção:HSS152×152×9,5(massa=42.5 kg/m)

Baias reforçadas: 8 no total (4 em E-W, 4 em N-S)

Cada baia tem 2 diagonais por andar → 4 andares × 2 =8 diagonais por linha de quadro reforçada

Diagonais totais=8 quadros × 8 =64 chaves

Média comprimento diagonal (para baias de 7,5 m × 3,7 m a 45 graus):
(L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Comprimento total da chave=64 × 8.4 =538 m

Peso da cinta=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 toneladas

 

 

As vigas principais do telhado seguem perfil-de inclinação única; usarW310×45(45kg/m)

Espaçamento: 3,0 m oc (para apoiar terças)

Área total do telhado=2,544 m² → comprimento da viga ≈ largura do edifício (máx. 41,7 m)

Número de vigas ≈ 80 m / 3,0 ≈27 linhas

Média comprimento da viga=35 m (média ponderada das larguras leste/oeste)

Comprimento total da viga=27 × 35 =945 m

Peso da viga=945 × 45 =42.525kg

Terças: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), espaçado 1,5 m oc

Comprimento total da terça ≈ (2.544 m² / espaçamento de 1,5 m) × 1,0 m =1,696 m

Peso=1,696 × 5.5 =9.328kg

Aço total do telhado = 42,525 + 9,328 = 51.853 kg ≈ 51,9 toneladas

 

 

Prática padrão:5%do peso total do membro principal

Total de membros principais=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 toneladas

Conexões=0.05 × 533,900 =27.245 kg ≈ 27,3 toneladas

 

 

Componente	Peso (toneladas)
Colunas	153.7
Vigas de piso e borda	316.4
Suporte (SCBF)	22.9
Estrutura do telhado (vigas + terças)	51.9
Conexões (5%)	27.3
Aço Estrutural Total Estimado	572,2 toneladas

 

 

Área total do piso =2,544 m²

Aço por unidade de área=572.2 t / 2.544 m² =225kg/m²

Isso é razoável para um edifício de aço resistente a terremotos-de 4 andares com estruturas reforçadas em uma região de alta atividade sísmica.

 

 

Potencial de otimização: O uso de baías maiores ou reforços reduzidos poderia reduzir a tonelagem, mas as demandas sísmicas em PNG limitam as reduções.

Fabricação Local: considere a disponibilidade de seções padrão em PNG ou na Austrália (seções comuns como formas W-e HSS são assumidas).

Proteção contra corrosão: Todo o aço receberá galvanização-por imersão a quente ou sistema de pintura duplex devido ao ambiente tropical costeiro.

Contingência: Adicionar5–10%para desenvolvimento de design, alterações arquitetônicas ou detalhamento de ineficiências →Estimativa orçamentária final: ~615–700 toneladas. Se adicionar alguma escada e estrutura para elevadores, no geral ficará em torno650~750 toneladasem definitivo.

Preparado por: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Data: 16 de janeiro de 2026
Base: AISC 360-16, layout preliminar, premissas sísmicas ASCE 7-16