PT92006B

PT92006B - Processo para a realizacao de uma estrutura metalica em especial para uma cobertura e estrutura realizada por este processo

Info

Publication number: PT92006B
Application number: PT92006A
Authority: PT
Inventors: Bernard Viry
Original assignee: Viry S A Soc
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1995-08-09
Also published as: JPH02144434A; DK498789D0; US5036641A; FR2637930A1; PT92006A; CA2000829A1; KR900006626A; DK498789A; FR2637930B1

Description

PROCESSO PARA A REALIZAÇÃO DE UMA ESTRUTURA METALrCA

EM ESPECIAL PARA UMA COBERTURA E ESTRUTURA

REALIZADA POR ESTE PROCESSO

A presente invenção diz respeito a uma nova estrutura me tãlica destinada ã realização de coberturas para edifícios e conjuntos arquitectõnicos de qualquer natureza, beneficiando estas coberturas simultaneamente das vantagens relativas ã sua comodida de de utilização, ãs suas características mecânicas elevadas, a uma estética arquitectõnica e ã facilidade da sua manutenção.

Uma tal estrutura pode ser designada, em termos científj_ cos mais rigorosos, pela expressão rede espacial de inércia variável, sendo esta estrutura bastante comparável à de uma asa de avião moderna, suficientemente flexível para se adaptar às tensões ou esforços constantemente variáveis resultantes das- perturbações atravessadas a grande velocidade por esses aviões.

As estruturas metálicas actualmente usadas possuem jã um conjunto de qualidades, designadamente de originalidade estética e de propriedades mecânicas, que as faz ser procuradas para todas as realizações arquitectõnicas de alto nível. Deve no entanto con siderar-se que uma limitação importante para a sua utilização é o seu carácter único, consequência da complexidade dos seus elementos construtivos, que por sua vez resultam da optimização da exploração das propriedades mecânicas destes elementos. Daí resulta

-2um custo elevado destas estruturas, cuja difusão não vai actualmente além do domínio dos edifícios públicos ou para-púb1Γcos.

A presente invenção tem por objectivo eliminar esta limi tação, reduzindo o custo de tais estruturas, na sua aplicação ã cobertura de construções de qualquer natureza e de quaisquer dimensões, graças a uma concepção básica de um pequeno número de elementos normalizados, associados de acordo com módulos também normalizados, obedecendo a critérios de comportamento mecânico óptimo e podendo ser compostos de infinitas maneiras pelos utilizadores, mesmo não especializados.

Para isso, segundo a presente invenção, a estrutura é constituída por um certo número, múltiplo de quatro, de vigas-fusos idênticos entre si e entrecruzando-se de modo tal que as suas porções superiores definem uma calote superior e as suas porções inferiores definem uma calote inferior, unindo-se estas duas calo tes ao longo de vigas marginais, sendo por sua vez as referidas porções constituídas por elemntos normalizados associados formando uma quadrícula cujos vértices são formados por oeças de ligação também normalizadas e constituindo ao mesmo tempo apoios para as extremidades de tirantes verticais, também normalizados e mantidos em compressão pelas duas calotes referidas e absorvendo todos os esforços.

Basicamente, a estrutura segundo a presente invenção pode pois conceber-se como pelo menos uma célula para1e1epipédica formada por duas calotes curvilíneas unidas e delimitadas por paredes laterais verticais, sendo a estrutura de conjunto formada

-3>

na prãtica por uma espécie de ninho de abelha de tais células básicas justapostas, achatando-se gradualmente para os bordos exteriores da estrutura onde finálmente são retomados e anulados to_ dos os esforços Cpontos de diagrama).

Segundo uma forma de realização preferida, mas não limitativa da presente invenção, os elementos constitutivos das referidas calotes são pré-esforçados. No entanto, a presente invenção cobre também o caso em que, em função das dimensões da estrutura e da sua aplicaçao, estes elementos são pôs-esforçados, A concretização prãtica da presente invenção será apresentada mais adiante, a propósito da descrição de certos exemplos de realização, mas parece ser útil introduzir aqui uma curta exposição de princípio, com referência à fig. A dos desenhos anexos.

Neste desenho, designaram-se por CF 1 ) , CF2)., ÍF3) e CF^) quatro vigas-fusos, cujas intersecções delimitam uma célula que apresenta duas faces curvas CABCD) e CFFGH), unidas por tirantes verticais (AE), CBF), (CG) e CDB) . Se se considerar que cada um destes lados CAB), CBD), (CD) e CDA) foi posto sob tensão antes da montagem da calote CABCDL com a calote CEFGH) por intermédio dos tirantes (.AE), (BF), CCG) e C.DH) , e que se submetem os lados da calote (EFGK) a tensões apropriadas, o conjunto das tensões s£ fridas pela célula anulam-se quaisquer que sejam,

A presente invenção consiste em justapor tais células, que se achatam gradualmente ao longo dos fusos, até aos pontos (S), (T), CU), (V)., (W), CX) , CY) e CZ) para acabar por formar quatro arestas (ST)., (UV), C^X) e (_YZ) que delimitam uma estrutu-4·

ra de conjunto em forma de almofada, nas quais todas as tensões vão anular-se ao longo das referidas arestas, que podem correspon. der a vigas marginais de uma construção nas quais vai assentar uma cobertura cujo esqueleto ê constituído pela referida estrutura, e recoberto por qualquer capa ou membrana, convencional ou não.

Uma tal cobertura terá uma realização simples e pouco dispendiosa, requerendo apenas seis tipos de elementos normalizados que, como é evidende, existem varias dimensões, nomeadamente:

- elemento tubular superior, susceptivel de ser pré-esforçado ,

- elemento de tirante inferior de comprimento regulável,

- peça de ligação superior,

- peça de ligação inferior,

- tirante vertical,

- peça de ligação na margem,

Cada tipo de elemento normalizado pode, evidentemente, ser realizado em diferentes dimensões, em função da aplicação, mas em todos os casos sofre na fábrica tratamentos de superfície definitivos, de modo que pode ser fornecido num “kit de montagem com densidade máxima, sem necessitar de qualquer tartamento depois da montagem, sendo o seu aspecto definitivo, o que elimina numerosas despesas de controlo e manutenção.

A presente invenção será melhor compreendida graças â descrição seguinte de alguns modos de realizaçao, dada a título

ilustrativo e nao limitativo, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras, além da já referida fio. A, representam:

A fig. 1, uma vista de cima esquemática do conjunto de uma estrutura realizada com Base nos princípios da presente inven ção ;

A fig. 2, um corte vertical da estrutura da fig, 1, feito ao longo de uma viga-fuso, isto é, indΓferentemente segundo (.XX¹) ou segundo (YY'l;

A fig. 3, uma vista de cima ampliada de um pormenor da feg. 2, mostrando um nõ de junção intermédio superior;

A fig. 4, um corte vertical segundo C t V — Γ V1 da fig. 3;

A fig. 5, uma vista de lado de um nó de junção com uma viga marginal;

A fig. 6, uma vista de cima da fig. 5;

A fig. 7, um corte horizontal feito por CVΓΓ-VΓΓ ] da fig

5;

A fig. 8, um corte vertical análogo ao da fig. 4, mas mostrando um modo de junção com uma viga vertical;

A fig. 9, uma variante da fig. 8, mostrando uma forma de junção com as vigas horizontais inferiores;

A fig. 10, em perspectiva, a peça de junção utilizada na forma de realização da fig. 5;

As fig. 11a e 11b, cortes transversais de duas variantes possíveis, feitos pela linha CXf^-Xtl da fig, 6;

A fig. 12, em perspectiva, um fragmento da configuração de uma estrutura segundo a presente invenção;

As- fig. 12A, 12B e 12C, diversos modos de utilização das estruturas da fig. 12;

A fig. 13, muito esquematicamente, uma variante da estrjj tura da fig. 1, arranjada para fins arqu 1 tectónicos sofisticados;

A fig. 1 4, uma variante dos sistemas de nós de fixação nas extremidades de um tirante; e

A fig. 15, θ variante da fig. 14, com os elementos superiores e inferiores montados.

Fazendo referência em primeiro lugar ãs fig. 1 e 2, nelas estã representada muito esquematicamente uma estrutura tipo, concebida com base nos princípios da presente invenção. Uma tal estrutura é formada por um certo número de vigas de fuso entrecr^ zadas CP 1 e CP¹1, cada uma delas formada por elementos normalizados. Uma tal viga estã ilustrada na fig. 2, Compreende elementos superiores Cl) de tubos ou de barras, elementos inferiores (2) de cabos ou hastes e elementos- verticais (3) que ligam os pontos de ~7~

cruzamento C4) entre os elementos cruzamento (5) entre os elementos dades de cada viga (P) e CP¹1 sao (R¹), em pontos (6\ e Í7), respect superiores Cl I e os pontos de inferiores (2). As duas extremj. ligadas a vigas marginais CM e i. vamente,

Uma particularidade deste conjunto estrutural é que, no modo de realizaçãp preferencial mas não limitativo da presente in venção, o conjunto dos elementos Cl 1 e (.2) são postos em tensão e mantidos pré - tensionados , de modo a retomar os esforços de levantamento climáticos, para cima, que são transferidos para as e_x tremidades (61 e C7 1, enquanto os elementos verticais C3 Σ estão permanentemente comprimidos.

Também segundo a presente invenção, todos os elementos CD, C2) e C3) são normalizados e associados oor meio de peças de junção também normalizadas, como se representa especialraente nas fig. 3 e 4, para as peças intermediárias inferiores correspondentes aos nós C5) e ãs fig, 5~7, para as peças de ligação às vigas marginais, nos nós C6). e (7)·

Fazendo referência primeiramente às fig, 3 e 4, vê-se que os elementos Cia) θ Clh) de uma viga CF* í e os elementos (1 'al e (l'bl de uma viga CP ¹I que se cruza com a anterior no ponto ou nó (4) são unidos de modo a constituir linhas contínuas, por meio de quatro esquadros C.8,9). e C8 ' ,9' 1 , associados por meio de cavilhas Cnão representadas) que os atravessam por furos tais como (.10) Cf i g . 41, distribuídos nas suas zonas horizontais. Os elemer^ tos de tubos Cia) e Cl'θ1 são soldados respectivamente nos esquadros C.8) e C8 ¹ 1 e, do mesmo modo, os elementos de tubos C1 b) e

-8(l'b) são soldados nos esquadros (9l e (9 ¹ ) , de modo que as uniões por cavilhas (8) em (9 ¹ 1 , (9) em C9’), (9) em (3') e (3) em (8¹) asseguram a solidarização simultaneamente dos elementos de tubos (la-lb) e (1 ¹ a -1 ¹b1 e do nó superior (4),

A so1idarização dos elementos inferiores (2) no local dos nós inferiores (5) pode fazer-se segundo uma variante ilustra, da nas fig. 9 ~ 10, fazendo intervir uma peça de ligação de aço moldado (fig. 10), que compreende uma manga axial (12) e quatro estribos simétricos dois a dois (1 3 a - 1 3 b) e (1 3 'a- 13'61, cujas ba_ ses (14) são perfuradas para receber os tirantes (2-2¹) respectivos, mantidos por meio de porcas de regulação (15Í, destinadas a permitir, por um ajustamento exacto do comprimento, a retoma global das tensões do sistema,

Como se vê na fig, 9, a manga central (12) uma haste de posicionamento (16), regulável por uma solidária com o tirante (3)· oode receber porca C171 e

Aliás, esta forma de realização regulável é apenas facuj tativa, dado que o referido tirante vertical (3) está sempre em comp res são.

é claro que, em vez desta variante, pode utilizar-se para os nós inferiores- (5 L uma forma de ligação semelhante ã dos nós superiores (.4), como se ilustra na fig, 8, podendo igualmente dispor-se uma manga Cl 8) analoga â manga (12) no centro dos esqua dros (19), aos quais se soldam as extremidades dos tirantes (2), que são fixadas conjuntamente como os esquadros (8) e C91·

-9’

Fazendo agora referência às fig, 5, 6 e 7 e lla-llb, deve igualmente ver-se uma variante de estrutura dos nos (4] e (5) nos pontos de junção (6) e (71 das vigas (P) e (P ¹ ] nas vigas· ma_r ginais CR1 e CR ¹ ) .

Segundo esta variante, a peça de ligação Ql0I Cfig« 5 e 6) compreende ainda quatro esquadros (21,21'] e (22,22'], mas enquanto os esquadros interiores (21] e (21 ' ] sao moldados aos- elementos de tubos (23,23'í, como nas variantes das fig. 3, 4 e 8, os esquadros exteriores (22,22¹1 fixados por parafusos nos anteriores, servem para proporcionar um eixo de rotação (24] de fixação numa chapa (25,25') soldada na viga marginal (R) .

Por outro lado, o mesmo nó (6] /ou (7),7 que serve para a ligação entre dois tirantes inferiores (2), previu-se, segundo a presente invenção, assegurar esta ligação por meio de uma chapa de nõ (26], fixada em (27] no tirante (2], e soldada ao tubo (23]. Segundo a forma de realização da fig. 11a, esta soldadura (28] da chapa de nõ (26a] ê colocada na face exterior do tubo (231, ^Dara diminuir os riscos de ovalização do tubo (23], ó no entanto prefe. rfvel, como se ilustra na fig. 11b, abrir no tubo (23) uma fenda dupla (29—29') atravessada pela chapa de nó (26b], que ê então soj dada em dois pontos (28b] e (28b'], diametralmente opostos no tubo (23]·

Convém notar que, embora no seu principio bãsico a calote inferior da estrutura segundo a presente invenção seja constituída por tirantes (2), no caso de certos vãos grandes, torna-se difícil submeter os tubos (1 ]_ a um pré-esforço, de modo que eles

já não estão em condições de receber a totalidade das tensões c 1 _i_ máticas. Neste caso, de acordo com uma variante da presente inven. ção, previu-se realizar os elementos inferiores (2 I por meio de pequenos tubos, que poderão assim receber a sua parte dos esforços de compressão climática.

Por outro lado, e em especial ígualmente no caso dos gran~ des vãos, pode haver dissimetria das cargas na estrutura, por exem pio por acumulação de neve num canto; podem então oroduzi r-se trans ferências e deformações locais. Para prevenir este fenômeno parasita, a presente invenção prevê completar a estrutura por tirantes suplementares montados em diagonal em alguns ou na totalidade dos quadriláteros elementares tais como os identificados oor CABFE) ou (ADHE) no esquema de princípio A. As diagonais têm como consequên_ cia que solicitações locais não correm o risco de conduzir a mod]_ ficações geométricas da estrutura.

A fig. 12 ilustra, numa vista em perspectiva, a configuração de uma tal estrutura, Nela encontram—se, repartidas da maneira ilustrada na fig. 1, duas séries de vigas-fusos tais como se itustram esquematicamente na ffg. 2, isto é CA 1, CA , (A^).., que se cruzam segundo um ângulo da ordem dos 6 0°, com vigas (B ) ,

Cb₂), (ep ... feriores (N j ) , (Np , (Np...

em nós superiores (Np, (Np, (N ) . , e nos ιnAs vigas (A) são constituídas por tubos ou barras superiores ( a p , (ap , (a^) e cabos ou barras inferiores (ap, (ap, (ap . . . , enquanto que, do mesmo modo, as vigas (Β 1 são constitu_í_ das por tubos ou barras superiores (bp, (bp , (b^l... e cabos ou

barras inferiores (bj) , (b^l » (b^)... · Cada par de nós superiores (N) , corresponde â intersecção de tubos e barras (a) e (b), por um lado, e de nós inferiores correspondentes ã intersecção de barras ou cabos (a¹) com barras ou cabos (6¹), sobrepostos uns aos outros, é unido por um tirante (E) cuja altura diminui a partir da zona central da estrutura até ãs suas margens, onde as vígas (A) se unem directamente ãs vigas (δ) em pontos (R) .

Cada quadrilátero situado num plano vertical definido por dois tirantes vizinhos e os segmentos correspondentes das ba_r ras ou tubos- (a) e (a¹) ou (bl e (b¹ 1 tem pois a forma de um trapézio cujas bases paralelas são os tirantes (E) e os lados curvos inclinados são os segmentos (a) e (a¹) ou (b) e (b'J corresponder^ tes das vigas (A) e (B) consideradas.

Como atrás se indicou, em cada um destes trapézios estão montados tirantes em diagonal (T }. , 0^ ··· ^{e e} ’’’ ’ o que dá ao conjunto da estrutura o aspecto complexo que aparece na fig. 12.

£ esta estrutura de base que constitui o oróprio princípio da presente invenção.

As fig. 12A, 12B e 12C ilustram diversos modos de utilização das estruturas de base da fig. 12:

- a fig. 12A mostra o corte transversal de uma gare cujos cais são cobertos por estas estruturas horizontais;

-12- a fig. 1 2 B las mesmas estruturas ilustra em corte um horizontais, e entreposto co&erto pe- a fig. 12C ilustra em corte um recinto co&erto, por exemplo de um supermercado ou sala de espectãcu1 os, cobertos por duas destas estruturas montadas o&1iquamente, apoiando-se uma na outra ao longo de uma margem comum.

Finalmente, na fig. 13 rep r e sen t a-se , a título de exempio, uma possibilidade, entre muitas· outras, de explorar para fins arquitectõnicos mais sofisticados a estrutura segundo a presente invenção. Para isso, no topo (31) de um mastro (3Q) elevado para o centro da estrutura, pode fixar-se uma tela C32), por exemplo uma tela com revestimento impermeável, em forma de tenda. Se a es trutura for de grandes dimensões, podem distribuir-se vários mastros (.30). para criar uma cobertura, que pode ser mu 1 t Γ cama da s, destinada a criar um efeito estético novo. Em vez de uma cobertura de membrana flexível, pode igualmente prever-se uma cobertura de vidros encaixilhados, que pode tomar uma forma em pontas de diamante correspondentes aos losangos definidos pelas vigas fP) e (P'J.

A presente invenção refere-se além disso.a uma variante segundo a qual, graças a uma realização mais- sofisticada da ligação nos pontos (N). e (N¹ ) , é possível criar estruturas abobadadas ou perfiladas, adaptadas a obras excepcίonais; pode assim dar-se ã estrutura uma forma por exemplo tronco-cônica de dimensões muito grandes, adaptada a uma cobertura de estádio, ou de um conjunto arquitectura1 análogo; os elementos de uma tal estrutura são igualmente normalizados, o que é essencial na presente invenção.

-13L' ί

A constituição do nó de fixação que permite um abatimento angular dos referidos elementos em todas as direcções, permite a criação de deformações em cada viga, que permitem adaptar-se por si ã co£ figuração do conjunto da estrutura, sendo o comprimento dos elementos apenas diferente de uma viga para outra.

Ê o que ilustram as fig. 14 e 15, nas quais se vê um tirante (E), um nõ de fixação superior (M ) e um nó de fixação inferior (N ) .

Segundo esta variante da presente invenção, cada nõ ce fixação (Nj) ou (N^l ê constituído por uma série de anéis superio res (101), (102)... e inferiores (101¹), (102')... , enfiados de maneira rotativa nas extremidades do tirante (E) e mantidos mo seu lugar por uma anilha (201), (201¹) imobilizada por uma porca (202).

Nestes anéis são moldadas patilhas (301), (302)... e (301 ') , (302' ) . . . em cujos furos vão alojar-se, no caso representado, rótulas (4Qi), (402)... , C401¹), (402')... . Estas rótulas servem para a montagem de chapas C501), (502)... , (501'), (502')

... situadas na extremidade dos tubos, tais como (B) e (Bj) que formam as vigas-fusos que definem a estrutura, e as extremidades dos tirantes tais como (T) dispostos em diagonal nos trapézios formados por dois tirantes vizinhos e os segmentos de tubos ÍB ^ ) e (Bj) que eles unem.

interesse desta variante de nó de ligação é oferecer a faculdade de dar aos elementos que nele se unem qualquer orien-1 4-

tação correspondente ao perfil dado da estrutura, podendo cada vj_ ga tomar um aspecto torcido na sequência da auto-adaptação da or_i_ entação de um ou vários dos elementos que a constituem, por rotação do anel que suporta esse elemento e/ou da rótula co r res Donde n_ te, na altura da montagem da estrutura, devendo entender-se que o comprimento dos elementos é fixado de antemão pelo cálculo em fun. ção da análise da forma imposta à estrutura tendo em vista as malhas a criar para se obter a quadrícula equilibrada.

Em vez de quer outro sistema exemplo um sistema rótulas, mecãn i co de união poderia usar-se nos pontos (N) qualque conduza ao mesmo resultado, por Cardan, de juntas esféricas ou simila res .

Claims

REIVINDICAÇÕES <·’.

1.- Processo para a realização de estruturas metálicas essencialmente do tipo de rede espacial de inércia variável, destinanadas essencialmente a servir de vigamentos para a cobertura de edifícios, caracterizado por consistir em criar, por meio de elementos normalizados, um número múltiplo de quatro de vigas-fuso, e em entrecruzar estas vigas segundo uma quadrícula regular, definindo o conjunto das porções superiores destas vigas uma calote superior e definindo o conjunto das porções inferiores destas vigas uma calote inferior, estando estas calotes ligadas por elementos normalizados verticais e unindo-se estas calotes ao longo das vigas marginais onde se anula o conjunto dos esforços a que a estrutura é submetida.
2.-16-

2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a calote superior ser formada por elementos normalizados, ca da extremidade dos quais é soldada a um esquadro de modo tal que as extremidades de quatro elementos tubulares são unidas formando um nó por união com parafusos e porcas dos quatro esquadros correspondentes, sendo os nós desta calote superior ligados por tirantes verticais aos nós da calote inferior.
3. - Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por os elementos da calote inferior serem tirantes cujo comprimento pode ser regulado em função das tensões dos elementos superiores, transmitidas pelos tirantes verticais.
4. - Processo de acordo com as reivindicações 1 a 2, caracterizado por os elementos da calote inferior serem tubos de pequeno diâmetro.
5. - Processo de acordo com as reivindicações 1 e 4, caracterizado por nas extremidades das vigas-fusos situadas nas vigas marginais se soldarem dois elementos tubulares superiores nos dois esquadros que formam uma aba de articulação num eixo suportado pela referida viga marginal.
6.- Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por as extremidades dos tirantes inferiores correspondentes aos

-17/ referidos elementos tubulares serem soldadas a estes últimos segun do duas linhas de soldadura diametralmente opostas.
7. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1 a 6, caracterizado por se disporem tirantes adicionais em diago nal em pelo menos um certo número das malhas constituídas por um elemento superior, um elemento inferior e os dois tirantes verticais que os unem.
8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado por uma parte dos elementos constitutivos da estrutura ficar sujeita a um pré-esforço antes da montagem.
9. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, tendo em vista a realização de estruturas sofisticadas nas quais a estrutura apresenta um certo perfil, os elementos superiores e inferiores serem fixados respectivamente nas extremidades superiores e inferiores dos tirantes verticais, por meios mecânicos que permitem, para cada um, um certo movimento em dois planos perpendiculares.
10. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por em cada extremidade de cada tirante vertical se montarem rotativamente aros nos quais são soldadas patilhas nas quais são arti^ culadas as extremidades de cada elemento, por meio de sistemas de rótula ou similares.
11. - Estrutura metálica do tipo de rede espacial de inércia variável, destinada em especial à cobertura de conjuntos arquitectónicos, caracterizada por ser constituída essencialmente por seis elementos normalizados existentes, cada um deles, em várias dimensões, designadamente:

- um elemento tubular superior, susceptível de ser posto em pré-esforço,

- um elemento tirante inferior de comprimento regulável,

- uma peça de ligação superior, constituída por quatro esquadros iguais,

- um tirante vertical, e

- uma peça de ligação na margem.
12. - Estrutura de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por pelo menos uma parte dos elementos inferiores ser constituída por tubos de pequeno diâmetro.
13.- Estrutura de acordo com as reivindicações 11 e 12, caracterizada por compreender um sétimo elemento normalizado, cons tituído por um tirante diagonal, introduzido em certas malhas da referida estrutura.