Edifícios de treliça de alma de aço e projeto de telhado de alma aberta

Uma construção com treliça de alma de aço cobre o telhado com uma treliça de alma aberta em vez de uma viga maciça, razão pela qual esses edifícios oferecem amplas áreas internas livres de uma floresta de colunas. Essa única decisão define o espaçamento entre colunas, o peso do aço, a forma como os serviços são conduzidos sobre o teto e o modo como a estrutura é erguida. Este artigo aborda o que é o sistema de alma aberta, como ele suporta cargas, os perfis e vãos esperados, onde se aplica e o que verificar antes de fazer o pedido. Não trata do projeto de fundações e lajes, dos cálculos completos de carga segundo o código nem da sequência de montagem, responsabilidades que cabem ao seu engenheiro estrutural e ao montador.

O que é uma estrutura de treliça de alma de aço

Uma construção com treliça de alma de aço utiliza uma treliça de alma aberta como elemento principal de cobertura, em vez de uma viga maciça ou de uma estrutura rígida cônica. A treliça de alma aberta consiste em uma corda superior e uma corda inferior unidas por uma malha triangular formada por elementos menores. As cordas suportam as tensões de flexão, enquanto os elementos diagonais e verticais da malha absorvem os esforços de cisalhamento entre elas. Devido à grande quantidade de espaço aberto na malha, a treliça alcança determinado vão utilizando muito menos aço do que um elemento maciço de mesma profundidade.

É justamente nessa área de alma aberta que surgem confusões terminológicas. Uma treliça de alma de aço é o conceito amplo: cordas mais uma malha triangular, fabricada de acordo com o vão e a carga do projeto. Já uma viga de aço de alma aberta, ou OWSJ, é a versão padronizada e mais leve dessa mesma ideia, selecionada a partir de tabelas de carga em vez de projetada peça a peça. Uma estrutura rígida é um sistema distinto, constituído por uma coluna cônica maciça e uma viga que se dobram como uma única peça. Considerar “treliça de alma”, “viga de barra” e “estrutura rígida” como termos intercambiáveis é o primeiro erro que compromete o planejamento, pois cada um permite vãos diferentes com pesos de aço distintos.

A profundidade da treliça, e não apenas a largura do edifício, determina o desempenho do sistema. Uma treliça mais profunda suporta o mesmo vão com cordas mais leves; já uma mais rasa exige cordas mais pesadas ou espaçamento mais estreito. Defina logo a profundidade que seu telhado e o espaço livre no teto permitem, pois isso influencia diretamente o tamanho das cordas, o projeto das conexões e o custo.

Perfis comuns de treliças de alma aberta para edifícios de aço

Os perfis de treliças de malha aberta diferem principalmente pela forma das cordas e pelo perfil do telhado, e o perfil escolhido depende do vão, da inclinação do telhado e do espaço livre interno necessários. A escolha do perfil determina se a corda inferior é suficientemente plana para permitir trabalhos sobre ela, como a água escorre do telhado e quanto volume útil fica sob a treliça.

Perfis de corda paralela e planos

As treliças de corda paralela mantêm as cordas superior e inferior planas e paralelas, proporcionando uma linha de teto plana mais aproveitável e o caminho mais fácil para a passagem de serviços. São adequadas para coberturas e pisos industriais de baixa inclinação, onde o pé-direito é uniforme e previsível. A corda inferior plana é o motivo pelo qual os projetistas optam por elas quando suportes de serviços ou cargas de equipamentos já foram incorporados ao projeto da treliça.

Perfis inclinados, em tesoura e em arco

Treliças inclinadas e moldadas elevam a linha do telhado para facilitar a drenagem, a entrada de luz natural ou o espaço livre sob abóbada, trocando parte do teto plano por altura no cumeeiro. Treliças em tesoura levantam o cordão inferior em direção ao centro, proporcionando um interior com teto abobadado; já as treliças bowstring curvam o cordão superior e são eficientes em vãos longos. O fator decisivo entre elas é saber se você precisa de uma passagem plana no teto ou de espaço livre no ponto mais alto, pois raramente é possível obter ambos na mesma profundidade.

Perfis de inclinação única e mono-pitch

As treliças de inclinação única apresentam uma única declividade contínua, desde uma parede alta até uma parede baixa, o que simplifica a drenagem para um único lado e combina bem com anexos e extensões laterais. Elas são utilizadas quando o edifício deve direcionar a água para longe de um vizinho ou canalizá-la para uma única linha. Devido às variações de profundidade ao longo do vão, as forças nas cordas não são uniformes, portanto, o detalhamento das conexões merece uma análise mais cuidadosa do que seria necessário em uma treliça simétrica.

Por que os construtores escolhem a estrutura de treliça de alma aberta

Os construtores optam pela estrutura de treliça de malha aberta quando o projeto exige um amplo espaço interno livre de colunas, sem o peso do aço de uma cobertura de vigas maciças.

• Vão livre de colunas. A remoção das colunas internas é a principal razão, e é o que conecta esses edifícios a tendências mais amplas Edifícios de vão livre onde toda a laje do piso permanece aberta, de parede a parede.
• Menor peso do aço no vão. A malha aberta elimina material onde a tensão é baixa, permitindo que a treliça alcance vãos médios a longos mais leves do que uma peça maciça, sendo esse um dos motivos por trás do Custo de construção com vãos livres Vantagem em áreas de maior extensão.
• Serviços através da alma. Dutos, conduítes, tubulações de sprinklers e bandejas de cabos passam pelas aberturas da alma, em vez de ficarem sob a estrutura, o que preserva a altura livre. Isso funciona de forma eficiente apenas quando a profundidade da treliça foi definida considerando essas passagens; portanto, coordene o traçado antes de fixar a profundidade.
• Montagem mais rápida, por parafusos. As treliças fabricadas e testadas na oficina chegam como peças pré-definidas que são parafusadas no local, reduzindo o tempo de obra em comparação com a construção convencional.

O compromisso honesto é a profundidade. Uma treliça de alma aberta requer mais altura vertical do que uma viga maciça para a mesma vão; portanto, onde a altura do teto é rigorosamente limitada, o sistema que economiza aço pode custar espaço livre acima da cabeça. Pese a profundidade em relação à altura útil realmente necessária, e não apenas ao máximo permitido pelo catálogo.

Treliça de alma aberta versus estrutura rígida: como escolher conforme o vão e a carga

Tanto as treliças de malha aberta quanto as estruturas rígidas eliminam colunas internas, mas se destacam em diferentes vãos, cargas e aplicações; portanto, a escolha é mais um problema de classificação do que uma disputa direta. As variáveis decisivas são a largura do vão, a carga predominante, o roteamento dos serviços e a finalidade do edifício.

Leia a tabela como um filtro inicial, não como um veredicto. Uma carga elevada de neve ou sísmica pode inclinar um projeto em direção a uma estrutura rígida mesmo em vãos onde uma treliça seria, de outra forma, mais leve, pois é o caminho da carga, e não a largura do telhado, que determina as exigências. O vão isoladamente nunca decide; é a combinação entre vão, carga e uso que define a solução.

Vãos, alturas e variáveis de carga a serem especificados

A capacidade de vãos é determinada pelo projeto completo da treliça, e não por um único número anunciado; portanto, os valores que realmente importam são aqueles que orientam esse projeto. Os vãos publicados variam amplamente entre os fabricantes, pois cada um adota sua própria profundidade, espaçamento e caso de carga; por isso, o valor máximo indicado em catálogos pouco diz sobre a sua edificação. A maneira de comparar opções de forma justa é fixar as mesmas variáveis em todas as propostas — as mesmas variáveis que regem tamanhos de edifícios metálicos geralmente.

• O vão livre e a altura do beiral definem o envelope, e ambos dependem da profundidade da treliça, não atuam isoladamente.
• A profundidade e o espaçamento da treliça são fatores que se contrapõem: treliças mais profundas ou mais próximas suportam mais, enquanto treliças mais rasas ou mais espaçadas suportam menos.
• A inclinação do telhado segue as necessidades de drenagem e a escolha do perfil, variando de declives industriais quase planos até linhas abobadadas mais íngremes.
• As cargas de projeto são o verdadeiro fator determinante: a neve, o vento e as exigências sísmicas dependem da localização do edifício e das normas, não do catálogo de treliças.
• Os limites de deflexão determinam o quanto a treliça pode se afundar sob carga, o que muitas vezes regula os vãos longos de forma mais rigorosa do que a resistência.

Em vãos longos, a deflexão e as conexões do cordão inferior, e não apenas o tamanho do cordão, costumam estabelecer o limite prático. Uma treliça pode ser suficientemente resistente no papel e ainda assim apresentar vibrações ou trincas nos acabamentos se o critério de deflexão e as conexões não forem verificados em relação ao caso real de carga. Especifique as cargas e o limite de deflexão desde o início e considere qualquer valor publicado para o vão como provisório até que o projeto completo o confirme.

Onde as estruturas de treliça de alma de aço se encaixam

Edifícios de treliça de aço de malha aberta são adequados para projetos em que a área útil do piso é mais importante do que a profundidade mínima do telhado. Essa é uma ampla faixa de edificações reais, razão pela qual essa solução estrutural aparece em tantos dos casos comuns tipos de edifícios metálicos.

Armazéns e centros de distribuição aproveitam o vão livre de pilares para organizar estantes e corredores de empilhadeiras sem precisar projetar em torno de colunas. Oficinas de manufatura utilizam esse recurso para manter as linhas de produção desobstruídas e deixar espaço para coordenar vigas de guindaste ou instalações separadamente, com rotas mais leves passando pela malha. Edifícios agrícolas e de armazenamento aproveitam o amplo vão para equipamentos e manuseio de grandes volumes. Espaços comerciais leves, academias, pistas de equitação e hangares também adotam essa solução sem colunas, em diferentes vãos e alturas.

É igualmente importante saber onde o sistema não se adapta tão bem. Edifícios com limite rígido de altura do teto, vãos muito curtos em que uma viga simples sai mais barata, ou layouts que utilizam colunas internas para dividir o espaço, pouco se beneficiam de uma treliça de malha aberta. Alinhe a estrutura ao fato de o vão aberto justificar sua profundidade e evite-a quando isso não ocorrer.

O que verificar antes de fazer o pedido

A verificação antes do pedido diferencia uma treliça que corresponde aos desenhos de uma que se adapta ao local. A maioria dos problemas com treliças não são defeitos de fabricação; são descompassos entre o que foi previsto e o que o projeto realmente exigiu, e uma breve lista de verificação ajuda a identificar os mais custosos.

• Confirme o caso de carga de acordo com o código local. As exigências de neve, vento e sismos dependem da localização do edifício, e não do catálogo; assim, as cargas de projeto indicadas na ordem da treliça devem estar em conformidade com o código vigente no local. As classificações estruturais e as disposições de carga remontam a códigos-modelo, como o International Building Code, sendo que as vigas de aço de alma aberta geralmente são referenciadas por meio das especificações técnicas do setor. Os valores específicos cabem ao engenheiro definir.
• Verifique a deflexão e as conexões, não apenas o vão. Um vão que atende aos requisitos de resistência ainda pode falhar nos testes de deflexão ou de conexão; portanto, confirme ambos de acordo com a carga real antes da fabricação.
• Confirme o sistema de escoras e estabilidade. Escoras permanentes, escoras temporárias durante a montagem e os detalhes de apoio e conexão devem estar de acordo com os desenhos do engenheiro. Uma treliça adequada por si só ainda precisa de contenção lateral para permanecer estável na estrutura final.
• Ajuste o método de instalação ao comprimento da treliça. Treliças curtas costumam ser instaladas uma a uma, enquanto treliças mais longas são frequentemente levantadas como módulos pré-montados com escoras temporárias. Dimensionar uma treliça longa sem planejar o içamento é uma causa comum e evitável de problemas no canteiro de obras.
• Verifique a qualidade da fabricação e as tolerâncias. A retidão das cordas, a qualidade das soldas e o encaixe das conexões determinam se as peças parafusadas realmente se alinham no local, evidenciando a disciplina da oficina.

Este último ponto é onde a fabricante faz a diferença. A KAFA possui qualificações para projeto, fabricação e instalação de estruturas metálicas leves e pesadas. Sua unidade em Qingdao opera linhas dedicadas à produção de elementos estruturais primários e secundários, incluindo perfis H-beam, seções em caixa e terças C e Z, sob um sistema de gestão da qualidade ISO 9001:2015. Trabalhando com profissionais experientes Fornecedores de construções metálicas Quem projeta, fabrica e instala estruturas de aço mantém as cargas de projeto, as conexões e as tolerâncias integradas, em vez de entregá-las separadamente. Solicite a qualquer fornecedor que confirme por escrito as cargas de projeto, a base de deflexão, o sistema de escoramento e o método de montagem antes de firmar o pedido.

Escolhendo e verificando um edifício de treliça de alma de aço

Escolher uma construção com treliça de alma de aço resume-se a definir três aspectos em sequência: o vão e as cargas, o sistema estrutural e o caminho de verificação. Primeiro, fixe o vão, a altura do beiral e as cargas reais de projeto para o seu local, pois são esses fatores que determinam se uma treliça de alma aberta, uma estrutura rígida ou uma viga simples será a solução mais leve e econômica. Em seguida, escolha o perfil que atenda às suas necessidades de folga e drenagem, e ajuste a profundidade da treliça levando em conta os serviços aéreos existentes, em vez de seguir o máximo estabelecido no catálogo.

A verificação é a etapa que costuma ser ignorada e que gera o maior volume de retrabalho. Uma treliça só é tão boa quanto o caso de carga, o limite de deflexão, as conexões, os contrafortes e o plano de montagem para os quais foi projetada; portanto, confirme esses aspectos antes da fabricação, em vez de após a entrega. Apresente as cargas e as folgas a um fornecedor capaz de projetar, fabricar e instalar conforme essas especificações, integrando todo o processo. Considere qualquer valor de vão único como o início desse trabalho, e não o seu término.

Perguntas Frequentes