Atualmente, os edifícios modernos já não se limitam a telhados simples e estruturas de betão pesadas. Agora, os arquitectos e engenheiros querem edifícios que sejam fortes, leves e atraentes ao mesmo tempo. É aqui que entram em ação as estruturas de pórticos espaciais. Mas se esta estrutura é nova para si, pode perguntar-se: O que é uma estrutura de pórtico espacial e porque está a tornar-se popular?
Na verdade, os espaços movimentados como aeroportos, estádios e centros comerciais não têm muito espaço para grandes colunas e vigas. Estas colunas enormes bloqueiam frequentemente o espaço e dificultam a circulação das pessoas. Mas os engenheiros encontraram agora a solução através de estruturas de estrutura espacial. Não sabe o que são estas estruturas? Não se preocupe! Neste guia, vou explicar tudo sobre as estruturas espaciais da forma mais simples possível. Por isso, vamos lá começar.
O que é uma estrutura de pórtico espacial?
Comecemos por compreender o que é exatamente uma estrutura de armação espacial.
Uma estrutura de pórtico espacial é um sistema estrutural tridimensional. É geralmente constituída por barras de aço, tubos ou outros elementos ligados entre si. Todos estes elementos estão dispostos em padrões geométricos, tais como triângulos. Estas peças ligadas trabalham em conjunto para suportar e distribuir cargas uniformemente por toda a estrutura.
Em palavras simples, uma estrutura espacial funciona como um esqueleto forte para um edifício. O design triangular é o que permite a estes estruturas de aço para cobrir grandes áreas sem necessidade de muitos pilares. Além disso, nas estruturas tradicionais, toda a carga do edifício é suportada inteiramente por colunas de aço e vigas. Neste caso, toda a estrutura partilha igualmente a carga. É por isso que estas estruturas são leves, mas continuam a ser fortes e duradouras.
História da estrutura de pórticos espaciais
Há muitos anos, os construtores utilizavam paredes pesadas, vigas e muitas colunas para suportar grandes edifícios. Sem dúvida que este método funcionava, mas também criava problemas. Os grandes edifícios tornavam-se muito pesados e demasiadas colunas no interior bloqueavam o espaço livre. Os engenheiros queriam uma forma melhor de construir telhados largos que fossem simultaneamente fortes e leves.
Assim, no final do século XIX, os engenheiros começaram a criar estruturas a partir de muitas peças metálicas pequenas e interligadas. Experimentaram diferentes formas e estruturas para criar a estrutura mais durável e mais forte. Mas repararam que as formas triangulares eram muito fortes e conseguiam aguentar um grande peso sem mudar de forma.
Com o passar do tempo, desenvolveram esta ideia, transformando-a naquilo a que chamamos atualmente uma estrutura de armação espacial. Em meados do século XX, o aperfeiçoamento da tecnologia do aço tornou as estruturas espaciais práticas e populares. Buckminster Fuller ajudou a tornar estas estruturas famosas através dos seus projectos de cúpulas geodésicas leves. O seu trabalho demonstrou que os grandes edifícios podiam ser simultaneamente leves e extremamente resistentes.
Como funciona uma estrutura de pórtico espacial?
O princípio de funcionamento da estrutura de pórtico espacial é muito simples de compreender. Geralmente, funciona através da partilha do peso de um edifício e das forças externas por muitas partes ligadas entre si. Como já foi referido, uma estrutura de pórtico espacial é constituída por muitos elementos de aço de pequenas dimensões. Esses elementos são unidos num padrão geométrico forte, geralmente em triângulos.
Quando qualquer carga é aplicada à estrutura (como o peso do telhado, o vento ou a neve), esta não permanece num único local. Em vez disso, move-se através de todos os membros ligados e espalha-se uniformemente. Nenhuma peça isolada é responsável por suportar toda a carga. Este método de trabalho eficiente torna toda a estrutura espacial forte e equilibrada em todas as condições.
Componentes primários de uma estrutura de pórtico espacial
Há várias partes que trabalham em conjunto para formar uma estrutura forte e fiável. Por isso, vamos discutir essas partes e as suas funções na construção de uma estrutura de pórtico espacial.
- Elementos estruturais: Os elementos estruturais são basicamente as barras rectas ou tubos. Estes tubos constituem a forma principal da estrutura espacial. Os materiais escolhidos para estes elementos são o aço ou o alumínio. Porquê? Porque estes materiais são fortes mas não demasiado pesados, assegurando a durabilidade e a leveza das estruturas espaciais. Estão dispostos num padrão geométrico, na sua maioria triângulos.
- Nós ou articulações: As juntas são os pontos de ligação onde os elementos estruturais se encontram. Por outras palavras, são os “nós” da estrutura espacial. São estas juntas que mantêm tudo unido e transferem forças entre os membros. Se as juntas forem fracas, toda a estrutura se tornará insegura e poderá mesmo colapsar. É por isso que os nós são cuidadosamente fabricados em aço. Também permitem que os elementos se liguem em diferentes direcções.
- O sistema de apoio: Estas são as partes da estrutura da estrutura espacial que transferem toda a carga da estrutura espacial para o solo. Um sistema de suporte contém normalmente colunas, paredes de betão ou fundações. Os suportes são colocados em pontos específicos onde a estrutura espacial se apoia. Quando a estrutura espacial carrega peso, passa essa carga para os suportes. Em seguida, os suportes transferem-na com segurança para o solo, para garantir a segurança.
- Coberturas de telhado: Por último, temos a cobertura do telhado, que é a camada exterior colocada no topo da estrutura do espaço. A cobertura do telhado é o que protege o edifício da chuva, do sol, do vento e de outras condições climatéricas. Geralmente, os engenheiros utilizam chapas de metal, vidro e policarbonato para os telhados.
Tipos de estruturas de pórticos espaciais com base em camadas
Lembre-se, as estruturas de armação espacial não são todas iguais. Geralmente, elas são categorizadas em duas classes. Entre estas, a primeira é o tipo de estruturas espaciais no que diz respeito aos números de camadas. Para compreender melhor, vamos discutir algumas estruturas de armação espacial organizadas por camadas.
1- Armação espacial de camada única
O primeiro e mais simples tipo de estrutura de pórtico espacial é um pórtico de camada única. Como o nome sugere, tem apenas uma camada de elementos interligados. Estes elementos estão dispostos num padrão geométrico e unidos entre si por nós (juntas). Todas as barras são colocadas num único plano ou superfície, mas formam uma superfície plana ou ligeiramente curva, não uma superfície complexa.
Quando é aplicada uma carga à estrutura, esta propaga-se através dos elementos ligados e move-se em direção aos apoios. No entanto, tenha em atenção que o número de camadas afecta fortemente a resistência. Neste tipo, existe apenas uma única camada, pelo que não é tão forte como uma camada múltipla. É por isso que é frequente encontrá-lo em telhados pequenos, coberturas e telheiros.
2- Moldura espacial de camada dupla
Um pórtico espacial de camada dupla é um tipo mais forte e mais avançado de estrutura de pórtico espacial. Tem duas camadas separadas de barras em vez de uma. Uma camada está na parte superior e a outra na parte inferior. Estas duas camadas não são separadas em termos de função, mas estão efetivamente ligadas por pequenos elementos diagonais entre elas.
Agora, quando o peso entra no telhado (como pessoas, vento, chuva ou materiais de construção), espalha-se primeiro na camada superior. Depois, desloca-se através dos elementos diagonais para a camada inferior. Finalmente, a carga é transferida para os suportes. Isto significa que estas duas camadas trabalham em paralelo, aumentando a resistência do pórtico. Devido a esta resistência, os pórticos espaciais de camada dupla são utilizados em estádios, salas de exposições e grandes coberturas industriais.
3- Moldura espacial de camada tripla
Por último, existem os pórticos espaciais de camada tripla que têm a conceção mais avançada. Como o nome indica, utilizam três camadas de barras ligadas entre si. Estas camadas são colocadas umas por cima das outras e estão ligadas por barras diagonais. Cada uma destas camadas transporta a sua própria carga. Por exemplo, a camada superior suporta principalmente a carga do telhado. A segunda camada é responsável pelo equilíbrio e pela partilha de carga. No entanto, a camada inferior transfere a carga para os apoios.
Mas como é que todas estas camadas funcionam em conjunto? Na verdade, num sistema de camada simples ou dupla, a força percorre menos caminhos. Mas num pórtico espacial de camada tripla, a carga tem vários caminhos para se espalhar e se ajustar. Isto significa que não há tensão na camada única, mas a pressão é distribuída de várias formas. Tudo isto faz com que este tipo de estrutura espacial seja o mais forte.
Tipos de estruturas de pórticos espaciais com base na curvatura
Em segundo lugar, as estruturas de pórticos espaciais são também classificadas por curvatura. Lembre-se que as estruturas metálicas com estrutura espacial nem sempre são planas. A sua conceção pode variar consoante a forma do telhado ou da superfície. Esta forma ou curvatura é designada por curvatura. Vamos então discutir os tipos no que respeita a esta curvatura.
1- Estrutura de estrutura espacial plana
É o tipo mais simples, mais comum e mais básico de estrutura de pórtico espacial baseado na curvatura. Neste caso, o pórtico espacial tem uma superfície completamente plana, tal como os telhados que se vêem em muitos edifícios. No entanto, por baixo deste telhado de aspeto plano encontra-se uma rede tridimensional de elementos interligados. Esses elementos trabalham em conjunto e distribuem a carga de forma mais sistemática para aumentar a resistência dos pórticos espaciais. A sua conceção é muito simples. É por isso que podem ser normalmente utilizados em espaços que não requerem telhados curvos ou decorativos.
Estrutura de estrutura espacial de 2 barris
Uma estrutura em abóbada de berço é um tipo de estrutura com um telhado curvo numa direção. Esta estrutura tem o aspeto de um meio cilindro ou de um túnel. O teto exterior é curvo e não liso. Esta curva transporta a carga de forma mais eficiente em longas distâncias. Na verdade, quando a força atinge a estrutura, não cai diretamente num único local. Em vez disso, a curva orienta a força para fluir naturalmente ao longo da forma do arco. Depois disso, espalha-se uniformemente em direção aos apoios de ambos os lados. Para além do evento de carga de suporte, esta forma da estrutura espacial também tem um aspeto bonito.
3- Estrutura de cúpula esférica
Uma estrutura espacial de cúpula esférica é uma estrutura espacial totalmente curva e de forma redonda. Quando se olha para ela, parece apenas uma cúpula ou metade de uma bola. No interior desta cúpula, existe uma rede de membros ligados em 3D. Este design faz com que a estrutura espacial pareça mais moderna e mais eficiente. Quando uma carga incide sobre a cúpula, não fica num único ponto. Em vez disso, a força espalha-se em todas as direcções através da superfície da cúpula. Este fluxo suave de força reduz a pressão num único ponto. Esta distribuição torna a estrutura espacial altamente estável, forte e duradoura.
Vantagens das estruturas de pórticos espaciais
Desde o século XX, as estruturas de pórticos espaciais tornaram-se a opção preferida para os edifícios modernos. A razão reside na sua estabilidade, design leve e aparência atractiva. Mas isso não é tudo. Vamos falar de outras vantagens que distinguem as estruturas espaciais.
1- Grandes espaços sem colunas
Num edifício normal, vemos que várias colunas e vigas suportam o telhado. No entanto, muitas vezes bloqueiam o espaço, reduzem a flexibilidade e dificultam a passagem. Mas nos pórticos espaciais, a carga é partilhada por toda a rede 3D de elementos. Não depende de algumas colunas. Isto significa que a área interior permanece aberta e livre para as pessoas circularem livremente e estacionarem.
2- Estrutura leve
Não há dúvida de que as estruturas de pórticos espaciais são muito resistentes. Mas, curiosamente, também são leves. Isto deve-se ao facto de utilizarem elementos pequenos e interligados em vez de vigas pesadas e paredes espessas. Além disso, a sua conceção é muito eficiente. Estas estruturas têm uma geometria especial (especialmente triângulos) para alcançar a estabilidade. Esta geometria reduz o peso total do edifício.
3- Alta resistência
Outra vantagem das estruturas espaciais é a sua excelente resistência devido à sua disposição 3D única. Aqui, cada pequeno membro partilha a carga com os outros, pelo que nenhuma parte isolada suporta demasiada pressão. Para além disso, a forma triangular também contribui para a resistência. Os triângulos não mudam de forma facilmente sob força, pelo que mantêm a estabilidade estrutural.
4- Aspeto atrativo
Para além da durabilidade, as armações espaciais são também conhecidas pelo seu aspeto único e atraente. Os seus padrões geométricos criam um design limpo e técnico. Os arquitectos modernos adoram este design. Além disso, estas estruturas não se limitam a uma única forma. Em vez disso, pode escolher entre estruturas planas, curvas ou em cúpula para tornar o seu espaço mais apelativo.
5- Construção rápida
A rapidez de construção é outra grande vantagem das estruturas de estrutura espacial. De facto, estas estruturas são fabricadas com peças pré-fabricadas. Isto significa que a maioria dos componentes são fabricados em fábricas e depois levados para o local apenas para montagem. Na montagem, apenas as peças precisam de ser unidas para formar a forma final da estrutura. Esta pré-fabricação poupa muito tempo e dinheiro em comparação com a construção tradicional.
6- Boa resistência a terramotos e catástrofes naturais
Por último, as estruturas espaciais são também úteis para resistir a sismos e outras catástrofes. Durante um terramoto, os edifícios tremem constantemente e podem ruir em condições graves. Mas nas estruturas espaciais, a força não se concentra numa única área. Em vez disso, o sistema flexível de pórticos espaciais absorve e espalha a energia sísmica. Isto ajuda a manter o edifício estável em regiões propensas a terramotos.
Algumas aplicações comuns de estruturas de pórticos espaciais
Devido à sua vasta gama de vantagens, as estruturas de pórticos espaciais tornaram-se uma necessidade em vários sectores. Vamos analisar as áreas mais comuns em que estas estruturas actuam.
1- Aeroportos e estádios
Os principais utilizadores de pórticos espaciais são os aeroportos e os estádios. Estes são os locais que necessitam de grandes espaços abertos para que as pessoas possam circular livremente sem obstáculos. É por isso que, nos aeroportos, os pórticos são utilizados nas coberturas dos terminais onde os passageiros esperam, passeiam e fazem o check-in. A estrutura permite uma área ampla e livre sem muitas colunas a bloquear o movimento.
2- Centros comerciais
Os centros comerciais também utilizam estruturas de estrutura espacial porque requerem interiores amplos e abertos. Estes edifícios têm frequentemente amplos corredores, passadiços e átrios centrais. Para satisfazer esta necessidade, as estruturas espaciais criam tectos abertos, dando aos centros comerciais uma sensação moderna e espaçosa.
3- Centros de exposições
Os centros de exposições necessitam de grandes espaços onde se possam organizar facilmente eventos, exposições e feiras. Certo? As estruturas de estrutura espacial são a escolha perfeita para este fim. Porquê? Porque proporcionam pavilhões sem colunas. Quando não existem colunas, os organizadores podem agora conceber livremente os layouts e colocar stands e palcos.
4- Edifícios industriais
A utilização de estruturas de pórticos espaciais é também comum em fábricas, armazéns e pavilhões industriais. Estes espaços necessitam frequentemente de uma grande área para máquinas, armazenamento e circulação de mercadorias. Os pórticos espaciais fornecem esta cobertura sem colunas que possam bloquear as operações.
5- Estações ferroviárias
Por último, os caminhos-de-ferro utilizam também pórticos para as coberturas das plataformas e as zonas de espera. Como sabe, estas zonas devem ser amplas e confortáveis para os passageiros. São pórticos que proporcionam uma grande área onde os passageiros estão protegidos das intempéries.
Conclusão
Atualmente, os edifícios modernos têm como objetivo criar resistência com aparência. Já lá vai o tempo em que o betão e as grandes estruturas baseadas em colunas eram utilizados para construir grandes edifícios. Atualmente, existem estruturas de armação espacial que são leves, bonitas e resistentes ao mesmo tempo. Estas estruturas têm peças pequenas e ligadas que trabalham em conjunto para partilhar uniformemente a carga.
Assim, não há o risco de concentrar a força num único ponto da estrutura, o que a tornaria fraca. Mas a carga é distribuída uniformemente e organizada, ajudando o edifício a manter-se estável. Mas lembre-se, estas estruturas espaciais não são sempre iguais. Em vez disso, variam consoante a camada e a forma do telhado. Assim, pode escolher a que melhor se adapta às necessidades do seu projeto.