Nove pontos-chave para o projeto e construção de edifícios fabris com estrutura de aço

Edifícios de fábricas com estrutura de açoforam amplamente reconhecidos na engenharia de construção porque são rápidos de construir, leves em peso próprio, têm bom desempenho sísmico e são ecologicamente corretos. Na concepção de edifícios industriais, eles têm substituído gradativamente a estrutura mais pesada de concreto armado.

As estruturas de aço não são utilizadas na China há muito tempo e seu projeto detalhado e técnicas de construção ainda estão sendo desenvolvidos. Embora os edifícios industriais com estrutura de aço ofereçam muitas vantagens, o aço como material também apresenta desvantagens – por exemplo, baixa resistência ao fogo e tendência à corrosão. Esses fatores devem ser levados em consideração tanto na fase de projeto quanto na fase de construção.

I. As principais vantagens dos edifícios fabris com estrutura de aço

Conforme mencionado no resumo, as principais vantagens doedifícios industriais com estrutura de açosão os seguintes. Primeiro, em termos de velocidade de construção: os componentes de aço podem ser produzidos em massa numa fábrica; a construção é simples e a montagem é rápida, o que encurta bastante o período de construção. Em segundo lugar, em termos de peso próprio: o peso estrutural do edifício pode ser reduzido em cerca de 30%; isto é especialmente económico em locais com baixa capacidade de suporte de fundação ou alta intensidade de fortificação sísmica, onde a economia global é melhor do que a dos sistemas estruturais de betão armado. Finalmente, em termos de protecção ambiental: as estruturas metálicas pertencem à família dos sistemas de construção ecológicos; o próprio aço é um material de alta resistência e eficiência, com alto valor de reciclagem e não requer cofragem durante a construção.

II. A importância do design de desenho

Os desenhos são a base da construção de qualquer projeto. Durante a fase de projeto de um edifício industrial com estrutura metálica, os técnicos profissionais da unidade de construção devem estar organizados para realizar uma revisão conjunta dos desenhos, verificando os desenhos quanto a “erros, omissões, colisões e deficiências” para que os problemas sejam resolvidos antes do início da construção e o impacto dos problemas de desenho na qualidade e no cronograma seja reduzido ao mínimo. Para um projeto de estrutura de aço, devem ser preparados projetos de organização de construção separados para a fase de fabricação e a fase de montagem; o documento do processo de fabricação deverá abranger os padrões de qualidade e requisitos técnicos de cada processo e subitem da etapa de fabricação, bem como as medidas específicas adotadas para garantir a qualidade do produto.

III. Princípios de Design para o Sistema de Contraventamento

Para garantir o comportamento espacial do edifício, melhorar a sua rigidez global, resistir e transmitir forças horizontais longitudinais, evitar a deformação excessiva dos membros, evitar a flambagem dos membros de compressão e garantir a estabilidade global da estrutura, um sistema de contraventamento confiável deve ser organizado de acordo com a forma estrutural do edifício, o layout do guindaste, o equipamento vibratório, o vão e a altura da oficina e o comprimento de cada zona de temperatura. Cada zona de temperatura deve ser dotada de um sistema de contraventamento intercolunas estável, disposto em coordenação com o contraventamento horizontal lateral do telhado. A posição do contraventamento do pilar inferior é um fator chave que determina a direção da deformação longitudinal e afeta a quantidade de tensão térmica; o contraventamento da coluna inferior deve ser colocado o mais próximo possível do meio da zona de temperatura, de modo que os membros longitudinais, como vigas de guindaste, possam expandir-se e contrair-se livremente em ambas as extremidades à medida que a temperatura muda. Quando a zona de temperatura é curta, um único conjunto de contraventamento da coluna inferior é geralmente colocado no meio. Contudo, quando a zona de temperatura for superior a 150 m, dois conjuntos de contraventamentos do pilar inferior devem ser instalados dentro da zona para garantir a rigidez longitudinal; devem ser colocados o mais possível no terço médio da zona de temperatura, e a distância centro a centro entre os dois conjuntos não deve ultrapassar 72 m, para evitar estresse térmico excessivo.

4. Pontos-chave para projeto sísmico

Ao realizar o dimensionamento sísmico de um edifício industrial com estrutura metálica, devem ser observados os seguintes pontos. Em primeiro lugar, em termos de disposição geral, a massa e a rigidez da estrutura devem ser distribuídas uniformemente para que o edifício seja carregado uniformemente e se deforme de forma coordenada; a rigidez irregular deve ser evitada, pois tem um efeito desfavorável no desempenho sísmico. Para a estrutura transversal, deve-se adotar um pórtico rígido, ou seja, um pórtico em que a treliça da cobertura esteja rigidamente conectada aos pilares, de forma a aproveitar ao máximo o desempenho de suporte do aço e reduzir a deformação transversal. Em segundo lugar, os edifícios com estrutura de aço geralmente falham não porque a resistência dos membros seja insuficiente, mas porque os membros entortam; portanto, um sistema de contraventamento bem organizado que garanta a estabilidade geral do edifício é especialmente importante. Finalmente, sob acção sísmica, ocorre fadiga de baixo ciclo e o seu efeito no edifício deve ser considerado no projecto. O dimensionamento das ligações estruturais deve garantir que a ruptura da junta não ocorra antes do escoamento de toda a secção dos membros estruturais; os membros devem poder entrar na fase plástica para que possam absorver totalmente a energia sísmica e desenvolver a sua capacidade sísmica.

V. A importância do projeto de resistência ao calor e ao fogo

Edifícios industriais com estrutura de açotêm baixa resistência ao fogo. Quando o aço é aquecido acima de 100 °C, sua resistência à tração diminui e sua plasticidade aumenta à medida que a temperatura aumenta. Por volta de 250 °C, a resistência à tração do aço aumenta ligeiramente enquanto sua plasticidade diminui – um fenômeno conhecido como fragilidade azul. Acima de 250 °C, o aço começa a rastejar. A cerca de 500 °C, a resistência do aço cai tão baixo que a estrutura de aço pode entrar em colapso. Portanto, sempre que a temperatura da superfície de uma estrutura de aço exceder 150 °C, o isolamento térmico e o projeto de proteção contra fogo devem ser fornecidos (normalmente conseguidos através da aplicação de revestimentos resistentes ao calor e de proteção contra fogo).

Na construção deedifícios industriais com estrutura de aço, surgem muitos problemas práticos; aqui analisamos apenas os mais proeminentes.

VI. Incorporação de parafusos de ancoragem durante a construção

Pode-se dizer que a firmeza dos chumbadores é fundamental para a estabilidade de um edifício industrial com estrutura de aço. A precisão dos chumbadores afeta diretamente o posicionamento da estrutura de aço. Os chumbadores devem ser embutidos com estrita precisão: desvio do eixo ±2,0 mm e elevação ±5,0 mm. Antes de instalar os chumbadores do pilar, projete cada eixo da rede de controle horizontal na superfície superior da fundação do pilar e feche o laço, de forma a garantir a precisão da instalação dos parafusos; em seguida, marque as bordas externas das colunas de acordo com os eixos. Uma vez montada a estrutura de suporte (escoramento) para os chumbadores da coluna, transfira a elevação necessária para a estrutura em tubo de aço. 

VII. Precauções durante o içamento

Os principais cuidados são os seguintes. Primeiro, marque as linhas centrais cruzadas na placa de base do pé da coluna e as linhas centrais dos chumbadores e limpe os furos de cisalhamento na base da coluna; após a coluna de aço estar posicionada, ajuste sua elevação e aperte as porcas. Em segundo lugar, após a montagem das colunas de aço em uma área, instale os tirantes (membros de conexão), de modo a garantir a estabilidade geral das colunas e evitar que se deformem quando as vigas de aço forem içadas. Por fim, içar as vigas de aço: conectar pares de vigas no ar e realizar o aperto inicial dos parafusos de alta resistência; a primeira viga deve ser fixada com quatro cabos de sustentação para evitar que incline para um lado.

VIII. Dificuldades na instalação do sistema de vigas de guindaste

Durante a construção, as vigas do guindaste devem ser instaladas estritamente a partir do vão contraventado, de acordo com as especificações. Uma vez instalado e conectado o contraventamento entre colunas, ele forma uma unidade de rigidez espacial relativamente estável; a instalação a partir deste vão é mais segura e também garante que a montagem das vigas do guindaste não afete a verticalidade dos pilares. Durante a instalação, as placas de calço devem ser colocadas sob as vigas do guindaste com grandes desvios nas seções finais; esses calços devem ser soldados no lugar após o sistema de vigas do guindaste ter sido ajustado, e as vigas devem ser alinhadas precisamente contra as linhas de posicionamento predefinidas. O sistema de freio deve ser conectado formalmente somente após as vigas do guindaste terem sido ajustadas e fixadas. Quando a placa do freio é conectada à viga do guindaste por meio de parafusos de alta resistência e à treliça auxiliar por soldagem, a sequência importa: primeiro conectar a placa do freio à viga do guindaste com parafusos de alta resistência e realizar o aperto inicial; em seguida, ajuste a treliça auxiliar, solde-a na placa do freio e execute o aperto final dos parafusos de alta resistência; por fim, solde a placa do freio à treliça auxiliar. Tanto o aperto dos parafusos de alta resistência quanto a soldagem da placa de freio devem ocorrer do centro de cada placa em direção a ambas as bordas, a fim de reduzir as tensões internas na placa.

IX. Empilhamento de componentes de aço

Para facilitar a montagem, os componentes de aço devem ser empilhados de forma razoável após chegarem ao local. Os princípios são: os componentes urgentemente necessários para a montagem devem ser empilhados diretamente no local, seguindo a sequência de içamento – os que serão içados primeiro vão para cima e os que serão içados depois vão para baixo; os componentes que não são necessários com urgência devem ser armazenados temporariamente fora do local. Ao empilhar, mantenha colunas e vigas separadas e empilhe-as por eixo. O pátio de armazenamento deverá ser administrado por pessoal designado; os componentes devem ser contabilizados nos requisitos de fornecimento e na lista de entrega, e os registros devem ser arquivados. Os membros da seção H devem ser armazenados na vertical, nunca planos. Cada componente deve estar apoiado em pelo menos dois pontos; os pontos de apoio devem estar localizados a cerca de um sétimo do vão das extremidades do membro. Ao empilhar em camadas, não são permitidas mais de três camadas; os blocos de madeira devem ser colocados corretamente entre as camadas para mantê-los nivelados, e os pontos de apoio devem estar alinhados verticalmente.