Entendendo As Colunas De Vigas: Uma Cartilha

A engenharia estrutural mudou meu mundo de várias maneiras, desde a construção de arranha-céus altos até a construção de pontes que atravessam rios inteiros.

A coluna de viga simples é uma das partes mais importantes de muitos desses edifícios.

Esta parte da estrutura est√° sujeita a cargas axiais e momentos fletores causados ‚Äč‚Äčpor for√ßas laterais ou pela excentricidade da carga longitudinal ao mesmo tempo.

Muitas das maravilhas da engenharia de hoje não seriam possíveis sem colunas de vigas.

Neste artigo, examinarei as colunas de vigas e falarei sobre o que s√£o, como funcionam e por que s√£o importantes.

Este post é para qualquer pessoa, seja você um novo estudante de engenharia ou um engenheiro experiente que deseja aprender algo novo.

Então, vamos começar e descobrir o que são colunas de vigas e o que elas fazem.

Introdução


Definição formal:

Um membro estrutural é submetido simultaneamente a cargas axiais e momentos fletores produzidos por forças laterais ou pela excentricidade da carga longitudinal.

A coluna de viga é uma parte importante da engenharia usada para suportar edifícios, pontes e outras estruturas.

Neste artigo, veremos as diferentes maneiras como as colunas de vigas são usadas na engenharia e em projetos de construção.

O que é uma viga de coluna?

Uma coluna de viga é um membro estrutural feito para suportar cargas em seu longo eixo.

Pode ser chamado de membro de compressão, o que significa que a maior parte do peso é colocada sobre ele quando é comprimido.

Uma coluna de viga pode suportar o peso de vigas, paredes, lajes e outras estruturas.

Tipos de colunas de vigas

Existem muitos tipos diferentes de colunas de vigas usadas na engenharia.

Colunas de vigas de aço laminadas são um tipo comum de coluna usado na construção de aço.

√Č feito rolando placas de a√ßo em uma forma que pode suportar cargas quando elas s√£o pressionadas juntas.

  • Pilar de viga de concreto armado: Este tipo de pilar de viga √© feito de concreto e refor√ßado com barras de a√ßo.

√Č usado para construir com concreto armado e √© uma √≥tima maneira de mover coisas pesadas.

  • Coluna de viga de madeira: Este tipo de coluna de viga √© feita de madeira e √© muito utilizada na constru√ß√£o residencial.
  • Coluna de viga composta: Este tipo de coluna de viga √© feito combinando dois ou mais materiais, como a√ßo e concreto, para criar uma estrutura mais forte e dur√°vel.

Por que se contentar com menos quando a coluna de vigas oferece tudo?

Ainda difícil de entender? Deixe-me mudar um pouco o ponto de vista:

Você está cansado de vigas chatas e retas que só podem fazer uma coisa de cada vez? Não olhe para nenhum outro lugar além da coluna da viga! Por que usar uma viga unidimensional simples quando você pode usar um membro que faz tudo?

Sim, a coluna de viga é o sucesso da engenharia estrutural porque pode lidar facilmente com cargas axiais e momentos fletores.

Então, por que escolher apenas um tipo de carga quando você pode ter todas? Com a coluna de viga versátil, você pode abraçar a estranheza da carga longitudinal e adicionar alguma força lateral à sua vida.

Ok, isso foi apenas uma piada feita para parecer um an√ļncio de TV.

Agora vamos voltar para a explicação.

Materiais Utilizados em Vigas-Colunas

As vigas-colunas podem ser feitas de pedra, madeira, concreto ou aço, entre outras coisas.

Na construção moderna, no entanto, as colunas de aço em forma de H são frequentemente usadas porque são fortes e rígidas.

Os lados mais longos do flange da coluna em forma de H são mais espessos do que a peça central da alma, o que a torna mais capaz de resistir às forças de compressão.

Edifícios modernos também são frequentemente sustentados por sistemas de vigas e pilares feitos de concreto armado.

Definição e diferenças

Definição de Viga e Coluna

Uma viga é uma peça de um edifício que é feita para resistir a cargas por flexão.

Normalmente, é plano e sustentado nas extremidades ou ao longo de seu comprimento.

A maioria dos pisos, telhados e pontes s√£o sustentados por vigas.

Por outro lado, uma coluna é uma parte vertical de um edifício feita para resistir principalmente a cargas de compressão.

Geralmente é usado para sustentar um edifício ou outra estrutura e mover o peso para a fundação.

Diferenças entre Viga e Coluna

Existem algumas diferenças principais entre vigas e colunas.

  • Capacidade de carga: As vigas s√£o feitas principalmente para suportar cargas dobradas, enquanto as colunas s√£o feitas principalmente para suportar cargas comprimidas.

Por causa disso, as vigas tendem a ser mais fortes quando dobradas e mais fracas quando comprimidas, enquanto as colunas tendem a ser mais fortes quando comprimidas e mais fracas quando dobradas.

  • Orienta√ß√£o: as vigas geralmente est√£o nas laterais e as colunas geralmente est√£o no topo.
  • Condi√ß√Ķes de suporte: As vigas geralmente s√£o apoiadas em suas extremidades ou ao longo de seu comprimento, enquanto as colunas geralmente s√£o apoiadas em sua base e em seu topo.
  • Formato da se√ß√£o transversal: as vigas geralmente s√£o quadradas, circulares ou em forma de I, enquanto as colunas geralmente s√£o quadradas, circulares ou retangulares.

Principais Conceitos e Diferenças

Uma coluna de viga é uma peça de um edifício feita para lidar com cargas axiais e de flexão.

√Č usado quando cargas pesadas precisam ser movidas da estrutura para a funda√ß√£o.

A coluna de viga vai da subestrutura para a superestrutura.

√Č uma parte fundamental da movimenta√ß√£o de peso do topo do edif√≠cio para a funda√ß√£o.

Diferenças entre colunas de vigas, vigas e colunas

Aqui estão as diferenças mais importantes entre colunas de vigas, vigas e colunas:

  • Capacidade de carga: Uma coluna de viga √© feita para suportar cargas axiais e de flex√£o, enquanto uma viga √© feita principalmente para suportar cargas de flex√£o e uma coluna √© feita principalmente para suportar cargas axiais.

Uma coluna é um membro de compressão vertical, enquanto uma viga é um membro de compressão horizontal.

Uma coluna de vigas conecta a fundação à camada superior, que pode ser horizontal ou vertical.

Em termos de forma de seção transversal, uma viga é geralmente quadrada, circular ou em forma de I, enquanto uma coluna é geralmente quadrada, circular ou retangular.

A seção transversal de uma coluna de viga pode ter qualquer forma, mas geralmente é uma mistura de formas quadradas e redondas.

  • Uso: As vigas s√£o usadas principalmente para suportar pisos, telhados e pontes, enquanto as colunas s√£o usadas principalmente para suportar o peso de um edif√≠cio ou outra estrutura.

As colunas de vigas são usadas em edifícios que precisam transferir cargas axiais e de flexão para a fundação.

Conex√£o viga-coluna

As conex√Ķes viga-coluna mant√™m vigas e colunas juntas em uma estrutura.

Neste artigo, veremos os diferentes tipos de conex√Ķes viga-pilar e como elas ajudam a manter um edif√≠cio seguro e est√°vel.

Tipos de Conex√Ķes Viga-Coluna

Com base na rigidez da liga√ß√£o, existem dois tipos principais de liga√ß√Ķes viga-pilar: liga√ß√Ķes flex√≠veis e liga√ß√Ķes r√≠gidas.

  • Conex√£o Flex√≠vel: Em uma conex√£o flex√≠vel, tamb√©m chamada de conex√£o simples ou conex√£o pinada, n√£o h√° transfer√™ncia de momento entre as partes que est√£o conectadas.

Ele move forças axiais ou de cisalhamento, mas não momentos.

As liga√ß√Ķes flex√≠veis s√£o frequentemente utilizadas em estruturas onde as liga√ß√Ķes entre vigas e pilares t√™m de lidar com pequenas tor√ß√Ķes ou voltas.

  • Conex√£o R√≠gida: Uma conex√£o r√≠gida, tamb√©m chamada de conex√£o resistente ao momento ou fixa, transfere cisalhamento e momento entre as partes que est√£o conectadas.

As liga√ß√Ķes r√≠gidas s√£o utilizadas quando a liga√ß√£o entre uma viga e um pilar tem de lidar com grandes tor√ß√Ķes ou for√ßas de tor√ß√£o.

Conex√Ķes especiais

Para juntas tortas, vigas exc√™ntricas a colunas e conex√Ķes a almas de colunas, podem ser usadas conex√Ķes simples.

Essas conex√Ķes s√£o consideradas especiais.

Ao tornar as se√ß√Ķes da viga menores, as conex√Ķes simples podem ter mais resist√™ncia ao serem amarradas.

Isso pode ser feito cortando furos na alma da viga ou cortando parte das mesas da viga (seção da alma reduzida).

Fatores que influenciam o projeto de conex√£o viga-coluna

O tipo de conex√£o viga-pilar usada depende de v√°rios fatores, como a quantidade de peso que a estrutura pode suportar, os requisitos do projeto estrutural e as propriedades dos materiais.

Algumas das coisas que afetam como as conex√Ķes viga-pilar s√£o feitas s√£o:

  • Capacidade de Carga: A liga√ß√£o viga-pilar deve ter capacidade de carga suficiente para resistir √†s for√ßas e momentos que possam atuar sobre ela.
  • Requisitos para o Projeto Estrutural: O projeto da liga√ß√£o viga-pilar deve atender ao c√≥digo de constru√ß√£o e √†s especifica√ß√Ķes do projeto para o projeto estrutural.
  • Propriedades do Material: O projeto deve levar em considera√ß√£o a resist√™ncia e rigidez dos materiais utilizados na liga√ß√£o viga-pilar.

Momento m√°ximo e design

No projeto estrutural, a capacidade de uma estrutura de resistir a momentos de flexão é uma parte fundamental para garantir que ela permaneça estável.

Momento M√°ximo

As equa√ß√Ķes e f√≥rmulas do momento fletor s√£o usadas para descobrir quanto uma viga pode dobrar.

O momento máximo é o maior momento que uma estrutura pode ter sob um determinado caso de carga.

√Č importante lembrar que o caso mais importante para o projeto nem sempre √© o momento m√°ximo.

Devido à interação entre as forças de flexão e axiais ou de torção, um caso de carga diferente com um valor de momento menor pode acabar sendo relatado como o caso mais importante para o projeto.

Momentos de design

Momentos de design e momentos m√°ximos n√£o s√£o a mesma coisa.

Os momentos de projeto são calculados observando os requisitos do código e os fatores de segurança, enquanto os momentos máximos são calculados observando os resultados de uma análise.

Os momentos de projeto levam em considera√ß√£o coisas como as propriedades do material, fatores de seguran√ßa e combina√ß√Ķes de cargas com base no que diz o c√≥digo.

Os momentos de projeto são muito importantes para garantir que a estrutura aguente as cargas que são colocadas sobre ela e ainda tenha espaço suficiente para segurança.

Considere as seguintes coisas para descobrir o momento do design:

  • Propriedades do material: Ao determinar o momento de projeto, a resist√™ncia ao escoamento e o m√≥dulo de elasticidade da viga s√£o levados em considera√ß√£o.
  • Combina√ß√Ķes de carga: O momento de projeto √© calculado usando a lista do c√≥digo de constru√ß√£o das diferentes combina√ß√Ķes de carga.
  • Fatores de seguran√ßa: O momento de projeto inclui fatores de seguran√ßa para garantir que a estrutura possa suportar cargas acima e al√©m das cargas m√°ximas esperadas.

Projetando colunas de vigas

Vigas-colunas s√£o membros estruturais que s√£o comprimidos ao longo de seu comprimento e dobrados em sua largura.

Em edif√≠cios, eles s√£o usados ‚Äč‚Äčpara mover o peso da viga acima para a funda√ß√£o.

Para projetar uma viga-coluna, você deve descobrir quanto peso está sobre ela e qual é o seu tamanho.

Você pode fazer isso com um software como o Calculador de vigas/colunas do Autodesk Inventor ou manualmente usando fórmulas de livros didáticos de engenharia civil ou sites como CivilJungle.com ou Civiconcepts.com.

C√°lculo de cargas em uma viga-pilar

O primeiro passo para fazer uma estrutura de viga-coluna é descobrir quanto peso está sendo colocado na viga e na coluna.

Na maioria das vezes, as cargas s√£o aplicadas nas extremidades dos pilares, o que causa tens√Ķes axiais de compress√£o.

Às vezes, forças axiais, forças transversais e momentos fletores podem atuar em uma coluna (por exemplo, vigas-colunas).

Ao dividir a distribuição de carga real pelo comprimento da viga, você pode encontrar a carga uniformemente distribuída em kilonewtons por metro.

Calculando o tamanho da viga e da coluna

Depois de descobrir quanto peso há na viga-coluna, você precisa descobrir o tamanho que a viga e a coluna precisam ter com base em quanto peso está em cada uma.

Por exemplo, o volume de concreto para uma viga de 230mm x 450mm, excluindo a espessura da laje, seria 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3, e pesaria 0,138 x 2400 = 333 kg.

Da mesma forma, o peso total de uma coluna cujo comprimento é geralmente três vezes a menor largura da seção transversal pode ser encontrado somando-se os pesos de todas as suas partes.

Conex√£o Viga-Coluna

Uma conexão viga-coluna é onde uma viga e uma coluna se juntam em um edifício.

√Č formado pela junta e pelas partes das vigas, pilares e laje que ficam pr√≥ximas √† junta.

Dependendo da rigidez da liga√ß√£o, existem diferentes tipos de liga√ß√Ķes viga-pilar.

Uma conexão flexível, também chamada de conexão simples ou pinada, transfere cisalhamento ou força axial, mas não momentos.

Uma conexão rígida, também chamada de conexão resistente ao momento ou conexão fixa, move tanto o cisalhamento quanto o momento entre as partes que estão conectadas.

Para juntas tortas, vigas exc√™ntricas a colunas e conex√Ķes a almas de colunas, podem ser usadas conex√Ķes simples.

Momento m√°ximo de flex√£o

Quando uma força externa é aplicada a uma viga-pilar, fazendo com que ela entorte e eventualmente quebre, é quando o momento fletor atinge seu máximo.

Quando apoios com pinos s√£o usados ‚Äč‚Äčpara sustentar uma viga cont√≠nua, os momentos de sobrecarga ocorrem nos apoios intermedi√°rios e os momentos de flacidez ocorrem nos v√£os.

Muito perto dos apoios intermedi√°rios est√£o os pontos de contraflex√£o.

√Č poss√≠vel que o ponto de m√°ximo momento esteja onde o maior momento prim√°rio √© aplicado.

Momentos de design e momentos m√°ximos

Os momentos de projeto são calculados observando os requisitos do código e os fatores de segurança, enquanto os momentos máximos são calculados observando os resultados de uma análise.

Ao projetar momentos, muitas coisas s√£o levadas em considera√ß√£o, como as propriedades do material, fatores de seguran√ßa e combina√ß√Ķes de carga.

Os momentos máximos levam em conta apenas as cargas que são colocadas em uma estrutura, não os requisitos de segurança ou de código.

Raz√£o de Magreza

Na engenharia civil, o índice de esbelteza é a relação entre o comprimento de uma coluna e sua menor dimensão lateral.

Para descobrir, divida o comprimento efetivo da coluna por seu raio de giro.

A taxa de esbelteza é usada para descobrir quanto peso uma coluna pode suportar antes de dobrar.

Se a raz√£o de esbelteza for menor ou igual a 12, as colunas s√£o consideradas curtas.

Se for maior que 12, as colunas s√£o consideradas longas ou estreitas.

Colunas curtas s√£o controladas por seu comprimento e largura, enquanto colunas longas e finas s√£o controladas por suas propor√ß√Ķes de comprimento para largura.

Uni√Ķes de vigas/colunas

Dica: Ative o bot√£o de legenda se precisar. Escolha ‚Äútradu√ß√£o autom√°tica‚ÄĚ no bot√£o de configura√ß√Ķes, se voc√™ n√£o estiver familiarizado com o idioma falado. Pode ser necess√°rio clicar primeiro no idioma do v√≠deo antes que seu idioma favorito fique dispon√≠vel para tradu√ß√£o.

Coluna de viga usa

Pontes:

As colunas de vigas s√£o frequentemente usadas para construir pontes porque podem suportar os momentos de flex√£o causados ‚Äč‚Äčpelo peso dos ve√≠culos, bem como as for√ßas laterais causadas pelo vento e terremotos.

Eles também podem ser feitos para atender a diferentes vãos e cargas, o que os torna uma boa escolha para pontes de vãos curtos e longos.

Edifícios grandes e altos:

As colunas de vigas s√£o frequentemente usadas em edif√≠cios altos porque podem suportar pesos pesados ‚Äč‚Äče suportar as for√ßas do vento e terremotos.

Eles tamb√©m s√£o √≥timos para edif√≠cios altos porque podem ser feitos com diferentes comprimentos e di√Ęmetros.

Isso ajuda a distribuir o peso de maneira mais uniforme e torna o edifício mais estável como um todo.

Estruturas industriais:

Como podem conter equipamentos e maquinários pesados, as colunas de vigas são frequentemente usadas em edifícios industriais, como fábricas e armazéns.

Nesses tipos de edifícios, as colunas de vigas são frequentemente usadas para suportar as treliças do telhado e mover o peso do telhado para a fundação.

Estruturas residenciais:

As colunas de vigas tamb√©m s√£o usadas em edif√≠cios residenciais, especialmente para paredes e funda√ß√Ķes de por√Ķes.

Eles tamb√©m podem ser usados ‚Äč‚Äčcomo colunas de suporte em plantas baixas abertas para ajudar a manter os andares superiores est√°veis.

Projetos de infraestrutura:

As colunas de vigas s√£o frequentemente usadas em projetos de infraestrutura, como t√ļneis, barragens e muros de conten√ß√£o.

Nos t√ļneis, as colunas de vigas sustentam o teto e as paredes.

Nas barragens, eles ajudam a espalhar o peso da √°gua uniformemente pela estrutura.

As colunas de vigas podem ser usadas em muros de contenção para interromper as forças laterais causadas pela pressão do solo e pela água.

Conclus√£o

Ao concluirmos nossa análise das colunas de vigas, fica claro que essas partes da construção são muito importantes no mundo da engenharia.

Das funda√ß√Ķes de nossos edif√≠cios √†s estradas que conectam nossas cidades, as colunas de vigas fornecem a muitas das estruturas que usamos todos os dias o suporte e a estabilidade de que precisam.

Mas as colunas de vigas tamb√©m s√£o interessantes porque nos d√£o uma vis√£o √ļnica de como a forma e a fun√ß√£o funcionam juntas.

A maneira como uma coluna de vigas é feita e colocada pode ter um grande efeito na aparência e na sensação de um edifício como um todo.

Por causa disso, podemos pensar nas colunas de vigas n√£o apenas como ferramentas √ļteis, mas tamb√©m como uma parte importante da engenharia como arte e ci√™ncia.

Portanto, da próxima vez que você passar por um arranha-céu ou atravessar uma ponte, reserve um momento para apreciar a simples coluna de vigas que ajuda a tornar tudo isso possível.

Links e referências

Introdução ao projeto de colunas de aço ou membros de compressão

Detalhe Edifício com Aço

Uso Estrutural do Concreto

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