Edifícios de longo vão
Edifícios de grande extensão criam espaços desobstruídos e sem colunas com mais de 30 metros (100 pés) para uma variedade de funções. Isso inclui atividades onde a visibilidade é importante para grandes públicos (auditórios e estádios cobertos), onde a flexibilidade é importante (salas de exposição e certos tipos de manufatura instalação), e onde grandes objetos móveis estão alojados (hangares de aeronaves). No final do século 20, limites superiores duráveis de vão foram estabelecidos para estes tipos: o maior estádio coberto tem um vão de 204 metros (670 pés), o maior salão de exposições tem um vão de 216 metros (710 pés), e o a maior aeronave comercial de asa fixa tem uma largura de asa de 66,7 metros (222 pés) e um comprimento de 69,4 metros (228 pés), exigindo um hangar de extensão de 75-80 metros (250-266 pés). Nestes edifícios o sistema estrutural necessários para atingir esses vãos é uma grande preocupação.
Sistemas estruturais
Tipos estruturais
Os sistemas estruturais para edifícios de longo vão podem ser classificados em dois grupos: aqueles sujeitos a flexão, que apresentam forças de tração e compressão, e estruturas funiculares, que sofrem tração pura ou compressão pura. Uma vez que as pontes são um tipo comum de estrutura de longo vão, tem havido uma interação de desenvolvimento entre pontes e edifícios de longo vão. Estruturas de flexão incluem a viga, a grade bidirecional, a treliça, a treliça bidirecional e a treliça espacial. Eles têm diferentes proporções de profundidade-vão variando de 1: 5 a 1: 15 para a treliça unidirecional a 1: 35 a 1: 40 para a treliça espacial. As estruturas funiculares incluem o arco parabólico, a abóbada do túnel e a cúpula, que atuam em compressão pura e que têm uma relação aumento-vão de 1: 10 a 1: 2, e o teto estaiado, a roda da bicicleta e superfícies de tensão empenadas, que atuam em tensão pura. Dentro dessas formas gerais de estrutura de longo vão, os materiais usados e a mão de obra necessária para a montagem são uma restrição importante, juntamente com outros fatores econômicos.
Estruturas de madeira
A madeira laminada colada pode ser usada como um material de longo vão. Ele pode ser pré-fabricado com conectores de metal em treliças de até 45 metros (150 pés). Suas formas mais econômicas, no entanto, são as formas de compressão pura da abóbada de múltiplos arcos, com vãos de até 93 metros (305 pés), e cúpulas nervuradas, com vãos de até 107 metros (350 pés). Muitas vezes são usados como edifícios de armazenamento industrial para materiais como alumina, sal e potássio que corroem aço ou concreto. Essas estruturas de madeira geralmente são encontradas apenas perto de áreas florestadas; transporte de madeira para outras áreas aumenta seu custo.
Aço estruturas
O aço é o principal material para estruturas de longo vão. Estruturas de flexão originalmente desenvolvidas para pontes, como vigas de placa e treliças, são usadas em edifícios de longo vão. Vigas de placa são soldadas a partir de placas de aço para fazer vigas I que são mais profundas do que as formas laminadas padrão e que podem se estender por até 60 metros (200 pés); entretanto, eles não são muito eficientes no uso do material. Treliças são vigas vazadas nas quais as tensões são canalizadas em membros lineares delgados feitos de formas laminadas que são unidas por soldagem ou aparafusamento em configurações triangulares estáveis. As barras das treliças atuam tanto em compressão quanto em tração: nas barras horizontais superior e inferior as forças são maiores no centro do vão e nas verticais e diagonais são maiores nos apoios. As treliças são altamente eficientes na dobra e foram feitas com até 190 metros (623 pés) de extensão. As grades bidirecionais podem ser feitas de vigas de placa ou treliças para abranger espaços quadrados de até 91 metros (300 pés) de tamanho; essas estruturas bidirecionais são mais eficientes, mas mais caras de construir.
As formas funiculares altamente eficientes são utilizadas para os vãos mais longos. Vaults feitos de fileiras de arcos parabólicos, geralmente em forma de treliça para maior rigidez, têm sido usados para vãos de até 98,5 metros (323 pés). As cúpulas de treliça de aço, particularmente a cúpula triangulada Schwedler, têm sido a escolha para vários grandes estádios cobertos, com o maior vão sendo de 204,2 metros (669 pés). A construção do telhado estaiado é outro sistema estrutural derivado da ponte prédio . Uma estrutura de telhado plano em flexão é suportada de cima por cabos de aço que irradiam para baixo a partir de mastros que se elevam acima do nível do telhado; foram construídos vãos de até 72 metros (236 pés). Outra forma funicular é o teto da roda de bicicleta, onde duas camadas de cabos de tensão radiantes separados por pequenas escoras de compressão conectam um pequeno anel de tensão interno ao anel de compressão externo, que por sua vez é sustentado por colunas.
Redes de cabos de tensão usam uma malha de cabos esticada de mastros ou nervuras contínuas para formar uma superfície esticada de curvatura negativa, como uma forma de sela ou trombeta; a rede de cabos pode ser substituída por sintético tecidos para formar a superfície de tensão. Outra estrutura de tecido que usa cabos de tensão é a membrana sustentada por ar. Uma rede de cabos é presa ao tecido por costuras contínuas, e a montagem dos cabos e do tecido é suportada por um anel de compressão na borda. A pressão do ar dentro do edifício é ligeiramente aumentada para resistir à pressão do vento exterior. O aumento pode ser tão pequeno quanto 1,5 por cento da pressão atmosférica, e é possível mantê-lo mesmo em grandes edifícios com compressores relativamente pequenos. Os cabos enrijecem o tecido contra a vibração sob a pressão desigual do vento e o suportam em caso de esvaziamento acidental.
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