Every steel building is engineered to resist a defined set of loads. Those loads fall into two basic groups, dead and live, plus a family of environmental loads: wind, snow, seismic, rain, ice, and soil pressure. In the United States, the governing reference for all of them is ASCE/SEI 7, the minimum-design-loads standard that the International Building Code (IBC) adopts. For a light steel or metal building, the environmental loads often shape the frame more than the structure’s own weight does, the opposite of what heavier concrete construction leads people to expect.
Como as cargas estruturais são classificadas
As cargas estruturais são mais facilmente organizadas segundo a direção em que atuam e seu comportamento ao longo do tempo. Quanto à direção, dividem-se em cargas verticais (gravitacionais), que pressionam para baixo; cargas horizontais (laterais), que empurram para os lados; e, em alguns sistemas de estrutura, cargas longitudinais, que atuam ao longo do comprimento do edifício. Quanto ao comportamento, dividem-se em cargas permanentes, que permanecem inalteradas, e cargas variáveis, que mudam conforme o clima e o uso; além de cargas estáticas, que permanecem constantes, e cargas dinâmicas, que se movem, fazem ciclos ou atingem.
Essa divisão vai além da contabilidade, pois indica ao engenheiro como cada carga percorre a estrutura. As cargas gravitacionais seguem do telhado e dos pavimentos até as vigas e colunas e descem até a fundação, enquanto as cargas laterais devem ser resistidas por contraventamentos, estruturas rígidas ou paredes de cisalhamento antes de alcançar o solo. A tabela abaixo relaciona os tipos comuns de carga a esse esquema; as seções seguintes explicam onde cada uma governa. Nem todo projeto apresenta todas elas: a pressão do solo, o encharcamento e o impacto de guindastes surgem apenas quando o local ou o uso os gera.
| Tipo de carga | Age principalmente | O que a produz | Onde geralmente prevalece | Onde os projetistas dos EUA obtêm os valores |
|---|---|---|---|---|
| Morto | Vertical | Peso próprio da estrutura, revestimento e equipamentos fixos | Vãos longos, telhados e pisos pesados | Pesos dos materiais, desenhos do projeto |
| Ao vivo | Vertical | Ocupação: pessoas, mobiliário, mercadorias armazenadas | Pisos por uso, mezaninos | ASCE 7 / IBC por ocupação |
| Neve | Vertical | Neve acumulada e ventania sobre o telhado | Telhados em clima frio e com baixa inclinação | Mapas de neve no solo ASCE 7 |
| Vento | Lateral + elevação | Pressão e sucção nas paredes e no telhado | Edifícios altos, expostos ou leves | Mapas de vento e exposição da ASCE 7 |
| Sísmico | Lateral (dinâmico) | Movimento do solo durante um terremoto | Regiões de alta atividade sísmica, massa pesada | Mapas sísmicos ASCE 7 |
| Chuva / gelo | Vertical | Água estagnada ou gelo acumulado | Telhados de baixa inclinação ou mal drenados | Disposições da ASCE 7 para chuva e gelo |
| Solo | Lateral | Pressão do solo contra paredes enterradas | Porões, muros de contenção, fossos | Relatório geotécnico, ASCE 7 |
| Impacto / dinâmico | Varia | Guindastes, máquinas e equipamentos móveis | Baias industriais, pistas de guindaste | ASCE 7, dados do fabricante do guindaste |
Cargas gravitacionais: o que a estrutura suporta de cima para baixo
As cargas gravitacionais são as forças descendentes que uma estrutura transmite por meio de sua estrutura até a fundação, estando presentes em todos os projetos, independentemente do clima. Elas incluem o peso que o edifício sempre carrega e o peso que varia conforme o uso.
Carga morta
A carga morta é o peso permanente do próprio edifício: a estrutura de aço, o revestimento do telhado e das paredes, as lajes de piso e quaisquer equipamentos fixos que permanecem no lugar. Por ser constante, é o único tipo de carga que um engenheiro pode calcular diretamente a partir dos elementos e acabamentos escolhidos, em vez de consultar um mapa normativo. Um ponto que confunde os proprietários é a carga morta colateral: o peso de itens permanentemente fixados, como tetos, sistemas de sprinklers, dutos e estruturas solares. Esse peso é carga morta, não carga viva, e omiti-lo é uma forma comum de subdimensionar um telhado. Em um edifício de aço, a carga morta é relativamente leve, razão pela qual a estrutura reage tão intensamente ao vento e à neve.
Carga viva
A carga viva é o peso variável que um edifício suporta devido à sua ocupação e uso: pessoas, móveis, veículos e materiais armazenados. Seu valor depende da ocupação e não da estrutura; assim, um piso de armazém, um piso de escritório e um espaço de montagem são projetados com valores diferentes estabelecidos pela ASCE 7 e pelo código local. A carga viva do piso e a carga viva do telhado são tratadas separadamente, sendo que a carga viva do telhado geralmente abrange trabalhadores e equipamentos durante a construção e a manutenção. Quanto à diferença prática entre as categorias permanente e variável, nossa análise de Carga viva versus carga morta versus carga de neve Trabalhos realizados lado a lado.
Carga de neve
A neve e o gelo acumulados exercem uma carga vertical sobre o telhado que varia significativamente conforme a localização, a inclinação do telhado e a forma como o vento redistribui a neve em acumulações. Os projetistas partem de um valor mapeado da neve no solo para o local e ajustam de acordo com a exposição, a forma do telhado e as condições térmicas; assim, dois edifícios idênticos em condados diferentes podem suportar cargas de neve muito distintas. O acúmulo contra parapeitos, equipamentos e degraus do telhado costuma determinar a estrutura local, mesmo quando a carga equilibrada do telhado parece modesta. Telhados de aço com baixa inclinação requerem cuidados especiais, pois pendentes rasas retêm a neve por mais tempo e a liberam de maneira menos previsível do que telhados íngremes.
Carga de chuva e encharcamento
A carga de chuva é o peso da água que se acumula sobre um telhado quando a drenagem não consegue acompanhar, tornando-se perigosa por meio de um ciclo de feedback chamado encharcamento. À medida que a água se acumula, o telhado sofre uma deflexão; essa deflexão forma uma depressão mais profunda, que retém ainda mais água, podendo, em telhados planos ou mal drenados de aço, evoluir até sobrecarregar a estrutura. As medidas de proteção incluem inclinação adequada do telhado, drenos primários dimensionados para a tempestade de projeto e drenos secundários ou bueiros que assumem o papel caso o sistema principal fique obstruído. Tanto a chuva quanto a neve favorecem um telhado que escoe a água rapidamente.
Cargas laterais e dinâmicas: o que empurra, sacode ou provoca ciclos
As cargas laterais e dinâmicas empurram, sacodem ou fazem ciclos em uma estrutura, em vez de apenas pressioná-la para baixo, e geralmente determinam o projeto de contraventamento e da estrutura de um edifício de aço. Ao contrário das cargas gravitacionais, elas podem mudar de direção, exigindo que a estrutura resista tanto na ida quanto na volta.
Carga de vento
O vento atua sobre um edifício como pressão em suas superfícies, empurrando a face de barlavento e puxando como sucção no telhado, nas paredes laterais e na face de sotavento. Para edifícios metálicos leves, a sucção geralmente é mais importante do que o empuxo para dentro, porque um telhado leve tem pouco peso próprio para resistir à pressão negativa, razão pela qual os padrões de fixadores e as zonas de borda recebem atenção especial. O valor de projeto depende da velocidade do vento mapeada para o local, da categoria de exposição do terreno e da altura e forma do edifício. O vento recebe seu próprio tratamento detalhado em nosso guia para Carga de vento em edifícios de aço.
Carga sísmica (terremoto)
A carga sísmica vem da inércia, não de algo empurrando a edificação externamente. Quando o solo se move em um terremoto, a massa da própria estrutura impulsiona a força, que escala com a massa e a rigidez estrutural. Como a força segue a massa, o baixo peso de uma edificação de aço geralmente joga a seu favor, e a ductilidade do aço permite que um pórtico bem detalhado absorva energia flexionando-se em vez de fraturar. A demanda depende dos parâmetros sísmicos mapeados do local e das condições do solo, portanto, duas edificações com a mesma forma podem se enquadrar em categorias sísmicas muito diferentes. Tanto a carga sísmica quanto a de vento são laterais, mas são verificadas separadamente, e uma ou a outra geralmente determina o contraventamento.
Solo e pressão lateral do solo
A pressão lateral do solo é o empurrão horizontal exercido pelo solo retido sobre as paredes abaixo do nível do solo, sendo relevante apenas quando o projeto inclui subsolos, fossas ou muros de contenção. Sua magnitude depende do tipo de solo, da umidade e da possibilidade de movimentação da parede, razão pela qual um laudo geotécnico, e não um mapa do código, determina o valor. Aterros saturados ou mal drenados aumentam drasticamente a pressão, e a pressão da água se soma a ela. Para a maioria dos edifícios metálicos de um andar sobre laje, essa carga é pequena, mas cresce rapidamente assim que a estrutura vai para o subsolo.
Cargas de impacto e dinâmicas
As cargas de impacto e dinâmicas provêm de equipamentos que se movem, iniciam ou param dentro do edifício, sendo os guindastes aéreos o caso clássico nas estruturas industriais de aço. Um guindaste em movimento adiciona cargas verticais das rodas, além de surtos laterais e longitudinais ao se deslocar e frear, e esses ciclos repetidos provocam fadiga que as cargas estáticas não causam. É aqui que entram as estruturas pesadas laminadas a quente e as vigas de passarela especialmente projetadas, detalhadas em nosso guia para projeto de viga de guindaste para edifício de aço. Máquinas vibratórias e o tráfego de empilhadeiras geram versões menores do mesmo efeito e devem ser informados ao engenheiro desde o início.
Como essas cargas se combinam em um projeto real
No structure is designed for one load in isolation; codes require loads to be added in prescribed combinations, because the worst case for a member rarely comes from a single load alone. ASCE 7 sets these combinations under both strength design (LRFD) and allowable stress design (ASD), and each one weights the loads differently. A column might be governed by dead plus live, while the same building’s bracing is governed by dead plus wind. Uplift cases matter for light steel, where wind suction combined with low dead load can lift a roof or its anchors, so the net-uplift combination is checked explicitly. Selecting the controlling combination and turning the values into member sizes is its own quantitative step, which we cover in cálculo de carga de estruturas de aço.
Quais cargas regem um edifício metálico ou de aço comercial
Em uma edificação metálica típica, as cargas ambientais geralmente determinam o pórtico mais do que o peso próprio da edificação. A carga permanente leve que torna o aço econômico também significa que a sucção do vento e o acúmulo de neve, e não o peso próprio, definem o telhado e as conexões, enquanto a demanda sísmica permanece moderada porque a massa é baixa. A ocupação ainda define a carga viva, e é por isso que edifícios metálicos comerciais Projetos como lojas, escritórios e espaços de montagem são dimensionados com base no uso previsto para seus pavimentos e mezaninos. Um fabricante que projeta tanto estruturas leves quanto pesadas em aço, como nós da KAFA, ajusta a estrutura à carga que prevalecer. É lógico Projeto de edifício em aço depende dessa correspondência: estruturas secundárias mais leves para coberturas sujeitas a vento e neve, e estruturas rígidas mais pesadas onde predominam cargas de guindastes ou industriais. Seja qual for a carga dominante, o caminho da carga termina da mesma forma: todas as forças são transmitidas até a Fundação de edifício metálico e o solo subjacente.
Conclusão
Identifying the load types is the starting point; turning them into a design means locking the inputs in order. Start with the project’s location, which fixes the mapped snow, wind, and seismic values that often govern a steel frame, then set the occupancy, which fixes the live load the floors must carry. The rest follow: dead weight from the chosen assembly, rain from the roof drainage, and any crane or soil pressure unique to the project, all feeding the load combinations. Getting that order right keeps a building from being governed by a load nobody planned for, such as drift snow on a low-slope roof or uplift on a light metal one. The load type is the question; the governing combination, read off the right ASCE 7 maps for the site, is what the structure is built to resist.
Perguntas Frequentes
Quais são os principais tipos de carga em uma edificação?
Os principais tipos são cargas mortas, vivas, de neve, de vento, sísmicas, de chuva, de gelo, do solo e de impacto, agrupadas em cargas gravitacionais (verticais) e cargas laterais ou dinâmicas. As cargas mortas e vivas são as duas cargas estruturais básicas presentes em todos os projetos, enquanto as demais são ambientais ou específicas ao uso e dependem do local e da ocupação. A ASCE 7 também define as cargas de inundação e tsunami para as regiões costeiras específicas onde se aplicam.
Qual a diferença entre carga morta e carga viva?
A carga permanente é permanente e a carga variável é variável. A carga permanente é o peso próprio fixo da estrutura e de tudo o que está permanentemente fixado, podendo ser calculada diretamente a partir dos materiais do próprio edifício. A carga variável provém de ocupação mutável, como pessoas, móveis e mercadorias armazenadas, sendo retirada de tabelas de código conforme o uso, em vez de medida. A consequência prática é que a carga permanente é conhecida com precisão, enquanto a carga variável é uma tolerância conservadora para a forma como o espaço pode ser utilizado.
A carga de neve e a carga viva do telhado são a mesma coisa?
Não, a carga de neve e a carga viva da cobertura são cargas distintas, verificadas separadamente. A carga de neve é uma carga ambiental baseada na neve acumulada no terreno mapeada para o local e ajustada conforme o arraste e a inclinação, enquanto a carga viva da cobertura é uma margem mínima de ocupação para trabalhadores e equipamentos durante a construção e a manutenção. Em climas frios, a carga de neve costuma ser a maior das duas e determina o projeto da cobertura.
Qual tipo de carga é mais crítico para um edifício de aço?
Para a maioria dos edifícios leves de aço, o vento e a neve tendem a ser determinantes, pois a estrutura é suficientemente leve para que a elevação e o arraste superem a modesta carga morta. A resposta ainda varia conforme o local e o uso: uma área com guindastes é governada por impacto e fadiga, um local de alta atividade sísmica pela demanda sísmica, e um piso muito carregado pela carga viva. O projeto avalia todas essas cargas por meio de combinações e escolhe o pior cenário para cada elemento.
Qual código define os tipos de carga nos Estados Unidos?
ASCE/SEI 7, “Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures,” defines the load types and the combinations used in US design. The International Building Code adopts ASCE 7 by reference, so a building permit effectively requires designing to it. Local jurisdictions can amend specific provisions, which is why the site’s adopted code edition matters.
Leitura Adicional
- ASCE/SEI 7-22, Cargas Mínimas de Projeto e Critérios Associados — Sociedade Americana de Engenheiros Civis. A norma que define as cargas mortas, vivas, de neve, de vento, sísmicas, de chuva, de gelo, do solo, de inundação e de tsunami, bem como suas combinações, para o projeto nos EUA.
- Desmistificando as Cargas (2024 IBC / ASCE 7-22) — Conselho Internacional de Códigos. Um guia em linguagem simples sobre como o código de construção aplica cada tipo de carga, útil para entender de onde vêm os valores.
- Recursos de Projeto da MBMA Metal Building Systems — Associação dos Fabricantes de Edifícios Metálicos. Orientações de projeto e de carga para sistemas de edifícios metálicos, incluindo o Manual de Sistemas de Edifícios Metálicos alinhado com o IBC 2024 e a ASCE 7-22.
