Dimensionamento de estrutura metálica numa instalação de produção com exigências térmicas elevadas

Sobre o Projeto

A instalação compreende um pavilhão metálico com cobertura de duas águas com inclinação de 6°, encerrando uma planta retangular de 56,36 x 47,50 metros. Com 9,48 metros de altura na cumeeira, o pavilhão é estruturado por 12 pórticos metálicos espaçados de 5 em 5 metros. Cada pórtico apresenta uma configuração de quatro colunas, com perfis HEA300 nos bordos e perfis HEA260 nos eixos interiores, suportando vigas em treliça com banzos superior e inferior HEA200 e diagonais em SHS.

A estabilidade lateral é assegurada através de uma combinação de sistemas de contraventamento horizontal e vertical na direção longitudinal, enquanto a rigidez dos pórticos garante por si só a estabilidade transversal. A grelha estrutural acomoda três zonas principais de contraventamento vertical: uma localizada centralmente e duas adjacentes às empenas. As fundações consistem em sapatas de betão armado ligadas por vigas de equilíbrio, com ligações articuladas entre os pilares metálicos e as respetivas fundações através de âncoras pré-instaladas. As madres e os montantes de fachada serão perfis enformados a frio em Z e C, respetivamente, completando os sistemas de cobertura e fachada.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{3D structural model in SCIA Engineer}}}\]

A IDEA StatiCa revelou-se não apenas uma ferramenta precisa para o dimensionamento de ligações complexas, mas também uma grande ajuda na determinação da rigidez das juntas, o que tornou o modelo global da estrutura mais preciso.

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

Engenharia Civil – UOIG Nikola Patrk
Croatia

Desafios de Engenharia

O processo de produção exigia níveis elevados de humidade interior, obrigando o projetista a proteger a estrutura metálica da humidade interna. O isolamento térmico foi, por isso, colocado na face interior dos pilares e das treliças, uma decisão de projeto que deixou grandes porções da estrutura metálica expostas a condições exteriores severas. De acordo com o Eurocódigo 1 (EC1), estas incluem tanto o calor extremo de verão como o frio rigoroso de inverno, tornando as ações térmicas uma preocupação estrutural de grande relevância.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Position of thermal insulation panels}}}\]

Com a maioria dos elementos metálicos sujeitos a variações térmicas sem proteção, desenvolveram-se forças normais significativas nos elementos longitudinais e no contraventamento vertical. As vigas UG1, que suportam a chapa de fachada, foram particularmente afetadas. Estas vigas não estavam alinhadas com os elementos horizontais do sistema de contraventamento vertical (HUS2), introduzindo excentricidades pronunciadas e caminhos de carga complexos que tiveram de ser tratados ao nível das ligações.

Graças ao IDEA StatiCa, conseguimos visualizar instantaneamente como as forças longitudinais excêntricas afetavam as nossas ligações—um fator determinante no ajuste fino do sistema de estabilidade.

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Soluções e Resultados

Foi desenvolvido um modelo estrutural global em SCIA Engineer 20.0, englobando todos os componentes metálicos principais, à exceção das madres e montantes de fachada secundários. Para o dimensionamento das ligações, foi utilizado o IDEA StatiCa Connection. A sua configuração rápida e a visualização clara do comportamento das ligações sob carga tornaram-no uma ferramenta indispensável, especialmente para ligações sujeitas a forças longitudinais excêntricas.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Steel joint with significant eccentricity of longitudinal forces in IDEA StatiCa Connection }}}\]

Ao utilizar o IDEA StatiCa, a equipa de engenharia pôde explorar os padrões de deformação e as características de rigidez das ligações em tempo quase real. Esta capacidade melhorou significativamente a precisão do modelo global, nomeadamente na previsão de deslocamentos e na redistribuição de esforços internos.

Rápido, intuitivo e poderoso, o IDEA StatiCa ajudou a transformar um complexo puzzle estrutural com desafios térmicos numa solução de aço otimizada."

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Outra vantagem importante foi o dimensionamento eficiente das placas de base metálicas e das âncoras pré-instaladas de acordo com a EN 1992-4. O módulo de ancoragem dedicado do software substituiu o que seria tradicionalmente um processo manual moroso por uma solução rápida, conforme com a norma e rastreável, melhorando drasticamente o fluxo de trabalho global.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Connection of steel column and RC pad foundation in IDEA StatiCa Connection}}}\]

A capacidade de verificar projetos de placas de base e âncoras de acordo com a EN 1992-4 sem recorrer a cálculos manuais poupou-nos inúmeras horas.

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Sobre a UOIG Nikola Patrk

A UOIG Nikola Patrk é uma pequena empresa fundada em 2018 (atualmente a operar como equipa de uma só pessoa), sediada em Zadar, na Croácia. Especializa-se no projeto de estruturas de betão armado, alvenaria, aço e madeira. Nikola Patrk é engenheiro estrutural com mais de 10 anos de experiência como projetista associado e projetista principal em projetos de diversas escalas e finalidades.