Análise estrutural e estimativa de quantidade de aço para uma estrutura de aço de cinco{0}} andares

Abaixo está uma análise estrutural e uma estimativa de tonelagem de aço para a estrutura de aço de cinco{0}} andares descrita

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Para realizar uma análise de carga significativa, são adotadas as seguintes suposições razoáveis ​​(típicas para estruturas industriais leves ou de suporte de serviços públicos):

Carga morta do piso (DL): 1,0kN/m²
(Inclui decks, acabamentos, mecânica/elétrica, se houver, e peso próprio-dos membros secundários-peso próprio da viga primária-serão adicionados separadamente.)

Carga ativa (LL): 2,0kN/m²
(Típico para armazenamento leve ou acesso para manutenção; ajuste se for pretendido um uso diferente.)

Carga morta no telhado: 0,8kN/m²

Carga dinâmica no telhado/carga de neve: 1,0kN/m²

Carga de vento: Aqui não distribuído por andar; resistência lateral tratada por contraventamento (analisada separadamente).

 

Geometria da baía:

Cada quadro transversal é1,6 m de largura.

Espaçamento longitudinal entre pórticos: 5 vãos → [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m].

Assim, cada “painel de piso” apoiado em vigas principais tem área =1,6 m × largura do compartimento.

Vigas principais (W10×22)correrlongitudinalmente, conectando os 6 quadros transversais em cada nível. Portanto, cada viga suporta metade da largura tributária dos vãos adjacentes-mas como a estrutura é apenas1,6 m de largura total, existem efetivamenteduas vigas de bordasuportando toda a largura de 1,6 m (ou uma viga central com cantilevers). Por simplicidade, assumimosduas vigas longitudinais, cada um carregandoLargura tributária de 0,8 m.

Contudo, dada a largura estreita (1,6 m), é mais prático modelar o sistema de piso comouma única tiraonde as duas vigas longitudinais W10×22 atuam comovigas de bordasuportando uma plataforma de 1,6 m de largura.

Por isso,área tributária por viga por vão = 0,8 m × comprimento do compartimento.

Mas paracálculo de carga da coluna, consideramos ocarga total por quadro transversal.

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Cada quadro transversal (numa determinada posição longitudinal) suporta:

Metade da área da baía à sua esquerda + metade da área à sua direita.

Para molduras internas (Quadros 2–5):

Comprimento tributário=(baía esquerda + baía direita) / 2

Para quadros finais (Quadro 1 e Quadro 6):

Comprimento tributário=baía adjacente / 2

Quadro #	Baía Esquerda (m)	Baía Direita (m)	Comprimento tributário (m)	Área tributária por andar (m²)=1.6 × Lₜ
1	–	5.6	2.8	4.48
2	5.6	5.6	5.6	8.96
3	5.6	2.8	4.2	6.72
4	2.8	5.6	4.2	6.72
5	5.6	5.6	5.6	8.96
6	5.6	–	2.8	4.48

Observação: Área total=(4.48 + 8.96 + 6.72 + 6.72 + 8.96 + 4.48) =40.32 m²
Área plana total=1.6 m × 25,2 m =40.32 m²→ ✔️ Consistente.

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Carga morta (DL)= 1.0 kN/m²

Carga ao vivo (LL)= 2.0 kN/m²

Carga total não fatorada= 3.0 kN/m²

Quadro #	Área (m²)	DL (kN)	LL (kN)	Carga Total por Piso (kN)
1,6	4.48	4.48	8.96	13.44
2,5	8.96	8.96	17.92	26.88
3,4	6.72	6.72	13.44	20.16

Adicionalmente,peso próprio-das vigas principaisdeve ser incluído nas cargas da coluna.

W10×22 peso=32.7 kg/m=0.321 kN/m

Cada quadro se conecta adois segmentos de feixe(esquerda e direita)

Comprimentos dos segmentos de viga=comprimentos reais do compartimento

Exemplo para o Quadro 3:

Baia esquerda=5.6 m → peso da viga=0.321 × 5.6=1.80 kN

Baía direita=2.8 m → peso da viga=0.321 × 2.8=0.90 kN

Peso próprio-total da viga tributário do Quadro 3 ≈(1.80 + 0.90)/2?→ Na verdade,o peso da viga é totalmente suportado por colunas nas extremidades, então cada coluna em um quadro carregametade do peso de cada viga adjacente.

Por isso,carga vertical adicional de vigas por quadro por andar:=0.5 × (compartimento esquerdo + compartimento direito) × 0,321 kN/m

Calcule para cada quadro:

Quadro	Baías Adjacentes (m)	Comprimento Adjacente Total (m)	Peso próprio-da viga (kN)
1	[5.6]	5.6	0.5 × 5.6 × 0.321 = 0.90
2	[5.6, 5.6]	11.2	0.5 × 11.2 × 0.321 = 1.80
3	[5.6, 2.8]	8.4	0.5 × 8.4 × 0.321 = 1.35
4	[2.8, 5.6]	8.4	1.35
5	[5.6, 5.6]	11.2	1.80
6	[5.6]	5.6	0.90

Adicione isso aos totais anteriores:

 

Carga vertical total por estrutura por piso típico (Níveis 1–4):

Quadro	Carga de área (kN)	+ Peso da viga (kN)	Total por Andar (kN)
1,6	13.44	0.90	14.34
2,5	26.88	1.80	28.68
3,4	20.16	1.35	21.51

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Telhado DL=0.8 kN/m²

Telhado LL=1.0 kN/m²

Total=1.8 kN/m²

Carga de telhado-baseada em área por estrutura:

Quadro	Área (m²)	Telhado DL (kN)	Telhado LL (kN)	Subtotal (kN)
1,6	4.48	3.58	4.48	8.06
2,5	8.96	7.17	8.96	16.13
3,4	6.72	5.38	6.72	12.10

Adicione o mesmo peso próprio-da viga (as vigas ainda estão presentes no telhado):

Carga total do telhado por estrutura:

Quadro	Carga da área do telhado (kN)	+ Peso da viga (kN)	Telhado Total (kN)
1,6	8.06	0.90	8.96
2,5	16.13	1.80	17.93
3,4	12.10	1.35	13.45

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Assumindo que todos os pisos são idênticos (Níveis 1 a 4) e o telhado é o Nível 5:

Quadro	Carga/Piso (kN)	×4 Andares	Telhado (kN)	Carga total da coluna (kN)
1,6	14.34	57.36	8.96	66,3 kN
2,5	28.68	114.72	17.93	132,7 kN
3,4	21.51	86.04	13.45	99,5kN

Observação: Estes sãocargas de serviço não fatoradas. Para projeto, use combinações LRFD (por exemplo, 1.2DL + 1.6LL).

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Cargas gravitacionaissão transferidos do tabuleiro de 1,6 m de largura para vigas longitudinais W10×22 e depois para pilares W8×24 em cada um dos 6 pórticos.

Carga axial de pico da colunaocorre nas carcaças 2 e 5 (~133 kN sem fatoração).

Estabilidade lateralé fornecido por:

Contraventamento vertical-em X (L3×3×1/4) em pelo menos um vão (por exemplo, vão central de 2,8 m).

Contraventamento horizontal (C9×20) no telhado (e possivelmente em outros níveis) para diafragmar as forças laterais nas estruturas contraventadas.

A estrutura éestaticamente determinado em gravidade, ecomportamento-de quadro reforçadogoverna a resposta lateral.

Recomendação: Realize uma análise estrutural 3D (por exemplo, usando SAP2000, ETABS ou STAAD.Pro) para verificar as capacidades dos membros, desvios e forças de conexão sob carregamento combinado de acordo com AISC 360 e códigos de construção locais.

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Fim da análise.

 

Regiões adaptáveis:Chile, Filipinas, Nova Credonia, Tonga, Ilhas Virgens, Ilha da Reunião, Peru...

Aplicativos: Componentes estruturais para armazenagem, armazenamento, logística, estantes de máquinas e outros fins especiais

Número de histórias: 5

Altura total: 12,2 m → altura média do andar=12.2 / 5 ≈ 2,44 m

Largura do edifício (direção curta): 1.6 m

Comprimento do edifício (direção longa): 25.2 m

Compartimentos de quadro (quadros transversais): 6 quadros espaçados em [5,6 m, 5,6 m, 2,8 m, 5,6 m, 5,6 m] ao longo dos 25,2 m de comprimento
→ Soma total do espaçamento entre vãos=5.6 + 5.6 + 2.8 + 5.6 + 5.6=25.2 m (consistente)

Membros primários:

Colunas: W8×24 (conforme ASTM A992 ou equivalente)

Vigas principais (vigas): W10×22

Contraventamento horizontal: C9×20 (seção do canal)

Suporte vertical (história): L3×3×1/4 (ângulo-igual da perna)

 

A estrutura é um pórtico -resistente ao momento estabilizado lateralmente por contraventamento diagonal nos planos horizontal e vertical.

Caminho de carga gravitacional:
As cargas do piso (mortas + vivas) são transferidas através do sistema de piso (não detalhado aqui) para as vigas principais (W10×22) e depois para os pilares (W8×24). Dada a largura estreita (1,6 m), é provável que as vigas principais se estendam transversalmente (1,6 m) e sejam suportadas por pilares alinhados ao longo da direcção 25,2 m. No entanto, dada a prática típica e a designação dos membros, é mais plausível que:

Ovigas principais correm longitudinalmente(direção 25,2 m), sustentada por pórticos transversais espaçados a cada ~5–6 m.

Mas com apenas 1,6 m de largura, isto sugere umaestrutura estreita-de compartimento único, possivelmente uma ponte, cobertura ou estrutura de suporte de equipamento.

Dada a geometria (1,6 m de largura x 25,2 m de comprimento x 12,2 m de altura), esta parece ser umaquadro linear(ex. estrutura de suporte para utilidades ou passarela), com 6 pórticos transversais (cada um com 1,6 m de largura) espaçados ao longo de 25,2 m de comprimento.

Por isso:

Cadaquadro transversalconsiste em duas colunas (altura=2.44 m por andar × 5=12.2 m no total) e vigas de conexão em cada nível.

Vigas principais(W10×22) provável execuçãolongitudinalmente, conectando os caixilhos transversais em cada nível do piso.

Preparação:

Suporte horizontal(C9×20) no telhado e possivelmente em níveis intermédios para transferir cargas laterais para pórticos contraventados.

Suporte vertical (história)(L3×3×1/4) em um ou mais vãos para proporcionar rigidez lateral contra cargas de vento/sísmicas.

 

 

Pesos unitários (do Manual AISC):

L8×24: 24 lb/pés=35.7 kg/m

W10×22: 22 lb/pés=32.7 kg/m

C9×20: 20 lb/pés=29.8 kg/m

L3×3×1/4: peso ≈ 4,9 lb/ft=7.3 kg/m (calculado a partir da área ≈ 1,44 pol²)

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A. Colunas

Número de quadros transversais: 6

Cada quadro possui 2 colunas (assumindo quadro retangular)

Total de colunas=6 × 2=12

Altura por coluna=12.2 m

Comprimento total da coluna=12 × 12.2=146.4 m

Peso do aço da coluna=146.4 m × 35,7 kg/m ≈5.226kg

 

B. Vigas Principais (vigas longitudinais)

Assumindo vigas em cada um dos 5 níveis do piso ao longo de todo o comprimento de 25,2 m, eduas vigas por nível(mais 6 da largura de 1,6 m):

Vigas por nível=2

Níveis=5

Comprimento total da viga=2 × 5 × 25.2 + 1.6 x 6 x 5=300 m

Peso da viga de aço=300 m × 32,7 kg/m ≈9.810kg

Nota: Se a estrutura utilizar apenas uma viga central ou configuração diferente, ajuste adequadamente. Isso pressupõe o enquadramento do perímetro.

 

C. Contraventamento Horizontal (C9×20)

Normalmente instalado ao nível do telhado e possivelmente em pisos intermédios. Assumir:

Uma camada de contraventamento horizontal no telhado (plano de contraventamento formando X ou diagonal única por painel)

Painéis entre molduras: 5 painéis (entre 6 molduras)

Comprimento diagonal por painel ≈ √(5,6² + 1.6²) ≈ 5,82 m (para vãos de 5,6 m); para baía de 2,8 m: √(2,8² + 1.6²) ≈ 3,22 m

AssumirSuporte-X em apenas um compartimento(mínimo para estabilidade), por exemplo, no vão central de 2,8 m:

Diagonais no telhado: 2 × 3.22=6.44 m

Possivelmente também ao nível do solo ou intermédio: assumir 3 níveis com contraventamento → 3 × 6.44=19.3 m

Comprimento total C9×20 ≈ 20 m (conservador)

Peso=20 m × 29,8 kg/m ≈596kg

Se for utilizada treliça horizontal completa em todos os níveis, a quantidade aumenta significativamente. Esta é uma estimativa mínima. na verdade, há suportes horizontais em cada baia, então o uso real será muito maior.

 

D. Contraventamento Vertical (História) (L3×3×1/4)

Assumiruma baía reforçadaao longo do comprimento (por exemplo, entre os quadros 3 e 4, através do vão de 2,8 m) com contraventamentos em X-em cada andar.

Número de andares=5 → 5 painéis de contraventamento

Altura do painel=2.44 m, largura=2.8 m

Comprimento diagonal por painel=√(2,44² + 2.8²) ≈ 3,71 m

Duas diagonais por painel (X-braçadeira) → 2 × 3.71=7.42 m por andar

Comprimento total=5 × 7.42=37.1 m

Peso=37.1 m × 7,3 kg/m ≈271kg

Se vários compartimentos estiverem reforçados, multiplique de acordo.

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Componente	Peso (kg)
Colunas (W8×24)	5,226
Vigas Principais (W10×22)	9,810
Contraventamento Horizontal (C9×20)	596
Suporte Vertical (L3×3×1/4)	271
Total (aprox.)	15.903kg

≈ 15,9 toneladas métricas

Nota: Isto exclui conexões, placas de base, membros secundários ou decks. O peso real de fabricação pode ser 10–15% maior devido a detalhes de conexão e desperdício.

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Magreza: Colunas W8×24 (d ≈ 8 pol., A ≈ 7,08 pol²) com mais de 12,2 m de altura não contraventada podem ser delgadas. O fator de comprimento efetivo (K) depende das condições finais. Para fixado-fixado, KL/r pode exceder os limites, a menos que seja reforçado.O suporte vertical é essencialpara reduzir o comprimento efetivo da coluna.

Extensão do feixe: W10×22 acima de 5,6 m (se as vigas se estenderem transversalmente entre os pórticos) é razoável para cargas leves. Mas se as vigas abrangem 25,2 m continuamente, a deflexão e a resistência seriam inadequadas-portanto, a configuração assumida (vigas como cingidas longitudinais entre pórticos transversais) é mais plausível.

Estabilidade Lateral: Fornecido pela combinação de contraventamento vertical em X-(resistência ao vento/sísmico) e contraventamento horizontal (ação do diafragma).

Suposições de carga: Sem cargas permanentes/ativas/de vento específicas, esta é uma estimativa preliminar. É necessário um projeto detalhado de acordo com AISC 360.

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Conclusão
A estrutura de aço descrita é uma estrutura estreita-de vários andares com uma tonelagem de aço estimada deaproximadamente 15,9 toneladas métricas. O sistema estrutural depende de contraventamento diagonal para estabilidade lateral, e os tamanhos dos membros parecem adequados para carregamentos leves-a{2}}moderados, desde que o contraventamento adequado reduza o comprimento efetivo da coluna. Uma análise estrutural completa, incluindo combinações de carga, projeto de conexão e verificações de manutenção, é recomendada antes da construção.