PT99709A - Estrutura de armacao espacial e modulo estrutural para utilizacao na mesma - Google Patents

Description

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MEMÓRIA DESCRITIVA

0 presente invento refere-se a estruturas de armação espaciais. O invento refere-se particularmente a uma estrutura de armação espacial do tipo descrito no pedido de patente inglês GB-A-2228503. A estrutura de armação conhecida inclui uma grelha superior de componentes estruturais, uma grelha inferior de componentes estruturais, componentes de interligação que se prolongam entre a grelha superior e a grelha inferior, os quais juntam as grelhas em conjunto para formarem uma armação espacial, e uma camada de betão sustentada pela grelha superior, caracterizado por os componentes estruturais da grelha superior estarem pelo menos parcialmente implantados no betão, de modo a uni-los estruturalmente ao betão, e formarem portanto uma camada superior múltipla. Os componentes estruturais superiores têm normalmente abas inferiores para apoiarem a cobertura, na qual é derramada a camada de betão. Geralmente, os componentes estruturais são componentes com secção em I, de modo que também possuem abas superiores para facilitar a ancoragem do betão.

A existência das duas abas superior e inferior cria um problema porque tornam difícil ou impossível a inserção de coberturas de encaixe próximo entre as abas superior e inferior, depois da estrutura ter sido construída. A cobertura típica é em chapa de aço ondulada e é particularmente conveniente que possua um encaixe de união nas extremidades das ondulações para evitar a fuga indevida do betão derramado.

Uma dificuldade adicional com a cobertura, a qual só cobre parcialmente as abas inferiores, é que antes de ficar fixa, há o risco de cair através do espaço entre as correspondentes abas inferiores. A patente GB-A-2228503 também admite que os componentes superiores possam ter secção em I invertido, e isto facilita a instalação da cobertura de encaixe apertado. Contudo, a ausência de uma aba superior numa secção em T invertido tem a desvantagem de reduzir a ancoragem entre o componente parcialmente embebido e o betão. Um compromisso conhecido é proporcionar uma secção irregular com uma aba superior mais pequena do 73 336 ABC/JB/P703 -3- 1,1 mil 1,1

que a aba inferior, mas as secções desta natureza têm pouca utilização na indústria, não sendo portanto, facilmente disponíveis. A produção de tais secções não normalizadas é cara. Mesmo a aba superior mais pequena pode causar dificuldades na instalação da chapa da cobertura de encaixe apertado.

Um objectivo do presente invento é ultrapassar ou reduzir as desvantagens acima referidas. O invento refere-se a uma estrutura de armação espacial, incluindo uma grelha rectangular superior de componentes estruturais, uma grelha inferior de componentes estruturais, componentes de interligação que se prolongam entre a grelha superior e a grelha inferior, e unem as grelhas entre si para formarem uma armação espacial, e uma camada de betão suportada pela grelha superior, estando os componentes estruturais da grelha superior, pelo menos, parcialmente embebidos no betão, de modo a uni-los estruturalmente ao betão, e assim formar uma camada estrutural superior compósita, tendo cada componente da grelha superior uma aba inferior que suporta a cobertura para o betão. A estrutura é caracterizada por, pelo menos, dois dos componentes, que formam cada rectângulo de grelha superior, terem abas superiores, prolongando-se para o rectângulo de grelha e, pelo menos, ma dos componentes do mesmo rectângulo de grelha não ter uma aba superior prolongando-se para o rectângulo de grelha. A ausência de, pelo menos, uma aba superior que se prolongue até ao rectângulo da grelha, facilita a instalação da cobertura, enquanto que a presença de algumas abas ajuda a ligar a grelha superior ao betão como um todo.

De preferência, pelo menos, para a maioria dos rectângulos da grelha superior, dois componentes opostos mutuamente têm abas superiores, que se prolongam até ao rectângulo, e os outros dois componentes mutuamente opostos não têm abas que se prolongam até ao rectângulo da grelha. Esta disposição é particularmente atractiva em coberturas de aço ondulado, com ondulações que se prolongam longitudinalmente entre os componentes sem abas e permitindo a flexibilidade lateral da folha a sua deformação

73 336 ABC/JB/P703 -4- para inserção sob as abas laterais.

De preferência, a grelha superior é constituída principalmente por componentes com secção em I, que se prolongam numa direcção, e por componentes com secção em T invertido que se prolongam numa direcção perpendicular à primeira direcção. Com alguns tipos de coberturas é usual empregarem-se secções em I numa direcção e alternar com secção em T e secções em I na direcção oposta, de modo que cada rectângulo da grelha tenha abas que prolongando-se para dentro do mesmo ao longo de três lados. A cobertura pode ser facilmente inserida em duas ou mais secções com a ausência de apenas uma aba. Em muitos casos pode ser possível inserir uma única chapa de cobertura ondulada com a ausência de apenas uma aba, uma vez que as ondulações podem permitir uma redução suficiente na largura para inserção na extremidade oposta da extremidade sem aba, podendo então a cobertura ser inclinada para baixo para a posição.

Ainda uma outra alternativa é utilizar secções em J invertido , mas geralmente isto não é recomendado porque as ditas secções assimétricas não estão facilmente disponíveis, e a ausência de simetria pode ter tendência a torcê-las sob a carga.

As grelhas superior e inferior e os componentes de interligação podem ser formados a partir de módulos pré-fabrica-dos, compreendendo cada um componente de interligação vertical, componentes estruturais horizontais superiores que se prolongam desde o seu topo, e componentes estruturais horizontais inferiores que se prolongam desde o seu fundo. 0 invento engloba também vim tal módulo, incluindo quatro componentes estruturais horizontais superiores perpendiculares entre si, em que, pelo menos, dois dos componentes superiores têm secção em I e, pelo menos, um dos componentes superiores tem secção em T invertido.

As concretizações do invento serão agora descritas através de exemplos, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Fig. 1 é uma vista em perspectiva de uma estrutura de -5- 73 336 ABC/JB/P703 armação espacial compósita, do tipo ao qual o invento pode ser aplicado, tendo algumas partes retiradas para melhor clareza de representação; a Fig. 2 é uma vista em perspectiva de um módulo típico para construção juntamente com outros módulos, numa estrutura de acordo com o invento; a Fig. 3 é uma secção transversal através de uma parte da estrutura; as Figs. 4 a 6 são representações em diagrama de várias formas da estrutura de grelha superior; a Fig. 7 representa a instalação da cobertura de aço ondulada; e a Fig. 8 representa a instalação da cobertura em mais do que uma peça. A estrutura de armação espacial de betão múltipla da Fig. 1 inclui uma armação espacial de aço montada a partir de módulos tal como representado na Fig. 2. Como se vê melhor na Fig. 2, um módulo típico 22 compreende um componente estrutural com secção quadrada oca e vertical 14, com quatro componentes superiores com a referência 151 e 15T (15 na Fig. 1) prolongando-se horizontalmente perpendicularmente entre si, desde uma junta superior 10, e outros 4 componentes estruturais inferiores 16 prolon-gando-se em correspondentes direcções desde uma junta inferior 13. Os componentes superiores 151 tem secção em I, e os componentes superiores 15T tem secção em T invertida. A Fig. 1 é uma representação em diagrama de uma estrutura completa, mas não mostra detalhes, tal como a forma em secção transversal dos componentes individuais. Cada componente estrutural horizontal inferior tem uma viga de secção em I. Geralmente, os componentes inferiores 16 têm uma área em secção transversal maior, e portanto tem mais resistência que os componentes superiores. Os componentes do módulo são soldados entre si para formarem o -6- 73 336 ABC/JB/P703 módulo. Cada junta inferior é reforçada por uma chapa de reforço 20 que tem uma abertura central quadrada através da qual passa o pilar 14. A chapa 20 é fundido ao pilar 14 e a cada um dos quatro componentes horizontais. A chapa 20 pode ser omitido ou substituído por um chapa com um formato diferente, ou por um chapa individual para cada componente horizontal. O pilar 14 termina numa chapa de extremidade 20A. Os dois componentes 151 são constituídos por uma única viga com secção em I soldada à chapa 20A e ao pilar 14. Os componentes 15T são constituídos por dois componentes com secção em T separados, tendo uma secção pequena da aba cortada, de modo que as suas abas possam ser soldadas à chapa 20A, ao pilar 14 e à aba inferior do componente 151, enquanto que as suas faixas se prolongam através de uma aba inferior da secção em I e são soldadas à faixa da secção em I. Dependendo das profundidades relativas das faixas das secções I e T, a parte superior da faixa com secção em T pode também ser cortada para desobstruir a aba superior da secção em I.

Cada módulo é ligado por soldadura a um gabarito numa fábrica, e é seguidamente transportado para o local onde vai ser Tinido aos outros módulos, para a construção de uma estrutura completa.

Os módulos adjacentes são ligados entre si, estando as extremidades livres dos seus componentes estruturais horizontais colocadas topo-a-topo. Estes componentes têm as suas faixas ligadas por chapas e parafusos, tal como é mais claramente representado na patente GB-A-2228503 e também representado na Fig. 3. As faixas 30T dos componentes 15T estão ligadas pelas chapas 31 e parafusos 34 enquanto que as faixas 33 dos componentes 16 estão ligadas por chapas 32 e parafusos 37. Na prática, as chapas são cada uma delas soldadas a um lado de um dos componentes estruturais de uma junta durante a montagem do módulo. Isto distribui a carga aplicada através dos parafusos à faixa, e reforça assim a junta. A soldadura das chapas aos componentes estruturais é, de preferência, efectuada na fábrica, como parte

73 336 ABC/JB/P703 -7- da construção do módulo. A montagem de um módulo ao outro é feita por aparafusamento através das faixas e chapas.

Uma armação espacial completa construída a partir de dezasseis desses módulos está representada na Fig. 1, estando alguns dos módulos ocultados da vista por outras partes da estrutura, a serem seguidamente descritas. A estrutura resultante tem a forma de uma grelha superior 11 de componentes estruturais superiores 15 (ou 151 e 15T), uma grelha inferior 12 de componentes estruturais inferiores 16, e componentes estruturais de interligação vertical 14, prolongando-se entre as grelhas superior e inferior e ligando as grelhas em conjunto para formarem uma armação espacial. Na prática, pode ser realizada uma estrutura típica com um número muito maior de módulos, possivelmente indo até algumas centenas de módulos.

Os módulos de bordo correspondem ao módulo 22 mostrado na Fig. 2, excepto que um componente superior e um componente inferior é omitido, e de modo idêntico, os módulos de canto têm só dois componentes superiores e dois componentes inferiores perpendiculares entre si. A construção modular é particularmente conveniente para a montagem da estrutura no local, como por exemplo, um chão ou um tecto. Alguns grupos de módulos podem ser montados em conjunto ao nível do solo ou num outro local conveniente, tal como um chão previamente construído para formar uma sub-estrutura. 0 tamanho da sub-estrutura depende em parte da capacidade de elevação da grua disponível. A sub-estrutura é então elevada até para a posição, e montada na sua posição permanente numa estrutura de armação de aço, ou numa estrutura de construção básica semelhante. As sub-estruturas subsequentes são elevadas uma de cada vez e ligadas tanto à estrutura de construção, como às sub--estruturas adjacentes, ou a ambas. Um padrão adequado de trabalho, pode ser começar por um ou mais cantos e trabalhar na direcção do centro. Um processo de construção alternativo seria construir um módulo da estrutura de cada vez. A estrutura modular facilita assim a montagem da armação espacial. 73 336 ABC/JB/P703 A armação espacial composta pelos componentes estruturais é só uma parte da estrutura de armação espacial completa. Tal como se mostra nas Figs. 1 e 3, a cobertura em aço ondulado permanente 41 está instalada na camada superior constituída pelos componentes estruturais 151 e 15T. Esta cobertura é suportada pelas abas interiores 351 e 35T dos componentes 151 e 15T, de modo que a mesma assenta na profundidade dos componentes estruturais superiores, mas as faixas 301 e 30T destes componentes prolongam-se bem acima da cobertura, e em particular as abas superiores 361 e os topos das faixas 301 estão posicionados bem acima da cobertura.

A Fig. 1 mostra varões de reforço em aço 42 destinados ao reforço do betão, posicionados na cobertura através das ondulações. Os varões 42 podem ser omitidos em algumas instalações. Os varões de reforço 42 também estão bem abaixo do bordo superior dos componentes estruturais 15. Um outro reforço em aço 43 em forma de rede soldada convencional está posicionado nas superfícies de topo dos componentes estruturais 15.

O betão 50 é então vazado na cobertura numa profundidade tal, que se prolonga acima do topo dos componentes estruturais 15 e também cobre a camada superior 43 do reforço. Deste modo, os componentes 15 ficam parcialmente embebidos no betão com as abas superiores dos componentes 151, formando uma ancoragem entre os componentes e o betão.

Quando o betão estiver curado o betão reforçado adiciona-se à resistência dos componentes estruturais superiores 15 da armação espacial para proporcionar uma camada superior para a estrutura, a qual é muito mais forte do que a resistência proporcionada apenas pelos componentes 15. Claramente os componentes 151 ficam mais positivamente ancorados no betão que os componentes 15T, os quais só são ancorados ao betão através das suas intersecções com os componentes 151. Consequentemente, o betão na direcção paralela aos componentes 151 contribuirá mais para a resistência da estrutura múltipla do que o betão na direcção paralela aos componentes 15T.

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Os componentes estruturais 15 são seleccionados para proporcionarem resistência suficiente à grelha superior da estrutura , para proporcionar uma armação espacial em aço auto-portante e para suportar o peso do betão de cobertura e reforço recentemente vazado e outras cargas de construção, incluindo o peso dos dispositvos operativos. Num caso típico, esta exigência de carga é cerca de um quarto a um terço da resistência requerida em utilização da estrutura. 0 betão depois de curado proporciona uma resistência adicional. 0 embebimento dos componentes superiores 15 é particularmente importante devido ao betão suportar estes componentes contra deformações, aumentando portanto a sua contribuição para a resistência total da estrutura. A superfície do topo de betão pode ser usada como chão, e a superfície inferior da estrutura pode ser revestida para proporcionar um tecto. A Fig. 4 representa em diagrama a disposição preferida dos componentes com secção em I e T para uma grelha superior de componentes estruturais. Neste exemplo, todos os componentes que se prolongam numa direcção têm secção em T, e todos os que se prolongam na direcção perpendicular àquela têm secção em I. As setas indicam a direcção longitudinal das ondulações da cobertura. A Fig. 5 mostra uma disposição alternativa, na qual as secções em T em volta do bordo da estrutura ou ao longo dos apoios ligando as colunas adjacentes, as quais por outro lado suportam uma estrutura de chão maior, têm de secção em I em ambas as direcções. Isto deixa alguns rectângulos da grelha com uma só secção em T, e portanto com um só bordo sem uma aba dirigida para o rectângulo. A Fig. 6 mostra ainda uma outra alternativa, na qual são proporcionadas numa direcção as secções em I, e as secções em I e T alternam na direcção perpendicular. Isto produz só um lado de cada rectângulo sem uma aba dirigida para o interior para todos os rectângulos. Podem ser construídas outras estruturas, utilizando, por exemplo, secções em J invertido.

Os processos típicos para a inserção de cobertura serão 73 336 ABC/JB/P703 -10-

agora descritos com referência às Figs. 7 e 8. A Fig. 7 mostra duas secções em I paralelas 151 e também é mostrada em 41 a posição final de um painel de cobertura ondulado. Com as secções em T, e portanto sem abas superiores, nas extremidades do rectângulo representado pelas duas secções em T, é simples curvar a chapa de aço da cobertura, tal como mostrado em 41A, para proporcionar folga para a sua inserção sob as abas de topo das secções em I. A cobertura fica então apoiada pelas abas inferiores das secções em I e T e fica automaticamente plana para fora para a posição mostrada em 41 para ficar completamente apoiada. No caso de três secções em I e uma só secção em T, a largura da cobertura é efectivamente reduzida pela curvatura para inserção sob a aba de extremidade de topo, mas em vez de uma única simples curva tal como mostrado em 41A, pode ser necessário adoptar uma curva em S ou, por outro lado, reduzir temporariamente a largura efectiva, para facilitar a inserção da cobertura sob a aba topo na extremidade da cobertura. O painel de cobertura pode então ser simplesmente deixado cair como anteriormente, permitindo a ausência de uma aba na extremidade oposta, um posicionamento pronto.

Na Fig. 8, a cobertura é feita de três elementos que se prolongam longitudinalmente, por exemplo, painéis pré-moldados em betão . Uma vez que cada um daqueles painéis tem tuna largura muito mais pequena do que a distância entre as secções em I, 151, torna-se simples, mesmo com apenas uma extremidade com secção em T (e uma extremidade com secção em I) inserir os painéis individuais sob a extremidade com secção em I, e baixá--los um de cada vez, até à posição.

Em vez de componentes superiores para cada módulo, constituído por uma secção em I contínua e duas secções em T, a secção em T pode ser contínua e ter duas secções em I separadas, soldadas na posição. Podem ser empregues outras formas de componentes de pilar, para além dos de secção quadrada. Os pilares podem ter, por exemplo, secção em I. Os componentes superiores também não necessitam de ter secções em I e T simples, uma vez

ψ*· 1: 73 336 ABC/JB/P703 -11 que todos eles têm abas inferiores, e alguns têm abas superiores e os outros não.

Claims (7)

1. ABC/JB/P703

   REIVINDICAÇÕES 1 - Estrutura de armação espacial compreendendo uma grelha rectangular superior (15) de componentes estruturais, uma grelha inferior (16) de componentes estruturais, prolongando-se os componentes de interligação (14) entre a grelha superior e a grelha inferior e unindo as grelhas em conjunto para formar uma armação espacial, e uma camada de betão (50) suportada pela grelha superior, pelo menos, embebida no betão para formar uma camada estrutural superior compósita, tendo cada componente (151, 15T) da grelha superior uma aba inferior (351, 35T), que suporta a cobertura (41) para o betão, caracterizada por, pelo menos, dois dos componentes (151), que formam cada rectângulo de grelha superior, terem abas superiores, prolongando-se para o rectângulo de grelha e, pelo menos, um dos componentes (15T) do mesmo rectângulo de grelha não ter uma aba superior prolongando--se para o rectângulo de grelha.
2. 2 - Estrutura de armação espacial de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por, pelo menos, para a maioria dos rectângulos de grelha superiores, os dois componentes mutua-mente opostos (151) terem abas superiores, prolongando-se para o rectângulo, e os outros dois componentes mutuamente opostos (15T) não terem abas, prolongando-se para o rectângulo de grelha.
3. 3 - Estrutura de armação espacial de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por a grelha superior ser constituída principalmente por componentes de secção em I (151), prolongando-se numa direcção e por componentes de secção em T invertido (15T), prolongando-se numa direcção perpendicular à primeira direcção.
4. 4 - Estrutura de armação espacial de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a grelha superior compreender componentes de secção em I (151), prolongando-se numa direcção e componentes alternados de secção em T invertido (15T) e de secção em I (151), na direcção oposta, de modo gue cada rectân- -13 73 336 ABC/JB/P703 guio de grelha tenha abas, prolongando-se para o mesmo ao longo de três lados.
5. 5 - Estrutura de armação espacial de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a cobertura (41) ser uma cobertura de aço ondulado, prolongando-se as ondulações longitudinalmente entre os componentes superiores (15T) sem abas superiores, ou a partir de um componente superior (15T) sem uma tal aba para um (151) com uma tal aba, e permitindo a flexibilidade lateral da chapa que a mesma seja deformada para a sua inserção sob as abas laterais.
6. 6 - Estrutura de armação espacial de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por as grelhas superior e inferior e os componentes de interligação serem construídos a partir de uma série de modelos pré-fabricados, compreendendo cada um deles um componente de interligação vertical (14), componentes estruturais horizontais superiores (151 e 15T), prolongando-se do seu topo, e componentes estruturais horizontais inferiores (16) prolongando-se do seu fundo.
7. 7 - Módulo estrutural para utilização numa estrutura de armação espacial de acordo com a reivindicação 6, compreendendo um componente de interligação vertical (14), quatro componentes estruturais horizontais superiores (151 e 15T) prolongando-se perpendicularmente entre si a partir do seu topo e componentes estruturais inferiores (16), prolongando-se do seu fundo, caracterizada por compreender, pelo menos, dois dos componentes superiores (151) terem secção em I e, pelo menos, um dos componentes superiores (15T) ter secção em T invertido. Lisboa, ~6. BF7 1991 Por LESZEK ALEKSANDER KUBIK e NORMA ΚΠΒΙΚ =0 AGENTE 0FICIAL=