REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.12629871
Carlos Eduardo Barboza de Melo¹;
Professor Orientador: João Vitor de Souza Boechat²;
Professor Coorientador: Jarilson de Souza Silva³.
Resumo
O presente artigo aborda o processo de dimensionamento de uma escada metálica projetada para viabilizar o acesso ao segundo pavimento de centros comerciais, conforme os critérios estabelecidos pela norma ABNT NBR 8800. A escada metálica, além de ser uma solução estrutural prática e estética, oferece vantagens significativas em termos de durabilidade e manutenção, especialmente em ambientes de alto tráfego como centros comerciais. O estudo considera as especificações técnicas da norma 8800, que detalha os requisitos para o dimensionamento, fabricação e montagem de estruturas de aço. São abordados aspectos essenciais como cargas admissíveis, estabilidade, segurança e conforto dos usuários. A metodologia aplicada envolve a análise das cargas permanentes e variáveis, incluindo o peso próprio da estrutura, cargas de uso e ocupação, além de fatores de segurança adicionais. A análise estrutural é realizada utilizando softwares de engenharia que permitem a simulação das condições de uso, garantindo que a escada atenda aos requisitos de resistência e rigidez. O dimensionamento das vigas, pilares e demais componentes estruturais é detalhado, assegurando a conformidade com as normas de segurança. Os resultados demonstram que, ao seguir rigorosamente os parâmetros estabelecidos pela norma ABNT NBR 8800, é possível projetar escadas metálicas eficientes e seguras, proporcionando acesso adequado entre pavimentos em centros comerciais. Conclui-se que a aplicação de normas técnicas é fundamental para a segurança estrutural e funcionalidade das construções, destacando a importância do cumprimento dos critérios normativos na engenharia.
Palavras-chave: Escada metálica; Dimensionamento estrutural; Norma ABNT NBR 8800.
Abstract
This article discusses the process of designing a metal staircase intended to provide access to the second floor of shopping centers, in accordance with the criteria established by the ABNT NBR 8800 standard. The metal staircase, in addition to being a practical and aesthetic structural solution, offers significant advantages in terms of durability and maintenance, especially in high-traffic environments such as shopping centers. The study considers the technical specifications of the NBR 8800 standard, which details the requirements for the design, manufacture, and assembly of steel structures. Essential aspects such as admissible loads, stability, safety, and user comfort are addressed. The methodology applied involves the analysis of permanent and variable loads, including the self-weight of the structure, usage and occupancy loads, as well as additional safety factors. The structural analysis is carried out using engineering software that allows the simulation of usage conditions, ensuring that the staircase meets the requirements for strength and rigidity. The design of beams, columns, and other structural components is detailed, ensuring compliance with safety standards. The results demonstrate that, by strictly following the parameters established by the ABNT NBR 8800 standard, it is possible to design efficient and safe metal staircases, providing adequate access between floors in shopping centers. It is concluded that the application of technical standards is fundamental to the structural safety and functionality of constructions, highlighting the importance of adhering to normative criteria in engineering.
Keywords: Metal staircase; Structural design; ABNT NBR 8800 standard.
1. INTRODUÇÃO
A crescente urbanização e o desenvolvimento de centros comerciais demandam soluções arquitetônicas e estruturais eficientes, seguras e economicamente viáveis. Entre os diversos componentes estruturais, as escadas desempenham um papel crucial não apenas na circulação vertical, mas também na segurança e na estética dos edifícios. No contexto dos centros comerciais, onde o fluxo de pessoas é intenso, a escolha do tipo de escada e o seu dimensionamento adequado são essenciais para garantir a funcionalidade e a segurança do espaço.
Neste artigo, abordaremos o dimensionamento de uma escada metálica destinada ao acesso ao segundo pavimento de centros comerciais, conforme os critérios estabelecidos pela norma NBR 8800.
A aplicação da NBR 8800 no dimensionamento de estruturas metálicas envolve uma série de etapas e considerações técnicas.
“Inicialmente, é necessário realizar uma análise detalhada das cargas atuantes, que incluem as cargas permanentes adicionais (peso próprio de estruturas metálicas e elementos construtivos), e as cargas variáveis (como a movimentação de pessoas).” (NBR 8800, 2008, p.15).
“Na análise estrutural deve ser considerada a influência de todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a estrutura, levando-se em conta os estados-limites últimos e de serviço”. (NBR 8800, 2008, p.14).
Além disso, devem ser considerados os critérios de segurança e conforto dos usuários, o que implica em requisitos específicos de largura, inclinação, altura dos degraus e dimensionamento dos corrimãos e guarda-corpos.
Para realizar o dimensionamento da escada metálica, foram utilizados softwares especializados como Dim Perfil, Solidworks e Ftool. O Dim Perfil é utilizado para o cálculo e dimensionamento de perfis metálicos, oferecendo precisão e eficiência na escolha dos materiais e na determinação das dimensões ideais. O Solidworks, por sua vez, permite a modelagem tridimensional da estrutura, possibilitando a visualização detalhada e a análise de possíveis interferências ou falhas de projeto. Já o Ftool é uma ferramenta poderosa para a análise estrutural, permitindo a simulação das cargas e a verificação da resistência e estabilidade da escada.
2. DIMENSIONAMENTO DO DEGRAU
Segundo a ABNT NBR 9077 (2001, p.9) os degraus devem:
a) ter altura e (Figura 1) compreendida entre 16,0 cm e 18,0 cm, com tolerância de 0,05 cm;
b) ter largura p (Figura 1) dimensionada pela fórmula de Blondel: 63 cm≤(2e + p)≤64 cm
Figura 1 – Esboço da altura e largura do degrau (sem espelho)
Para calcular a quantidade de degraus é feito a razão entre o desnível e e.
Refazendo o cálculo,
Verificamos que atende aos requisitos da fórmula.
“Para a largura mínima das escadas, adotamos 1,10 m, que será dividida em duas vias de passagem de 55 cm de uso e ocupação.” (NBR 9077, 2001, p.9).
Por definição foi adotado a largura mínima de 1100 mm segundo a norma, e a largura do degrau de 280 mm, especificada anteriormente.
Com a ajuda do Solidworks, foi feita a modelagem para extrair as propriedades geométricas da do degrau (Quadro 1) e a propriedades de massa (Quadro 2).
Figura 2 – Esboço de área da seção do degrau em mm
Quadro 1 – Propriedades de Área da seção do degrau
Fonte: (Solidworks, 2024)
Quadro 2 – Propriedades de massa do degrau
Fonte: (Solidworks, 2024)
Com essas informações, podemos achar o peso do degrau Pdegrau fazendo a proporção da massa (Quadro 2) do degrau e a aceleração da gravidade. Achando Pdegrau podemos encontrar o seu peso próprio do degrau PPdegrau.
Em seguida, temos que verificar na Tabela 1 qual será o valor da carga uniformemente distribuída que iremos utilizar para linearizar essa carga transformando em uma sobrecarga por metro SC.
Tabela 1 – Cargas Variáveis
No nosso caso com um valor de carga para Escadas e Passarelas 3 kN/m² (com acesso público).
Precisamos linearizar essa carga, transformando em uma sobrecarga por metro SCdegrau. Para isso, fazemos o produto dessa carga pela largura do degrau p que é 0,28 m.
Fazendo as combinações para estados-limites de serviço ELStemos uma ação permanente igual ao peso próprio e uma ação variável igual a sobrecarga por metro.
Onde,
- Sd = solicitante de cálculo
- FQ = valor característicos das ações variáveis
- FG = valor característicos das ações permanentes
- Ψ = fator de combinação das ações
Existe apenas uma ação de sobrecarga, então não foi realizado fatores de combinação para ELS.
Com isso lançamos a nossa carga não majorada no Ftool para encontrarmos o deslocamento vertical, e compararmos com o valor admissível (Tabela 2).
Figura 3 – Deslocamento Vertical do degrau
Verificando a Tabela 2, atribuímos um valor para deslocamento máximo de vigas de piso.
Tabela 2 – Deslocamentos Máximos
Então,
“Agora para o cálculo do estados-limites ultimo ELU, dizemos que a Sd com base nas combinações ultimas de ações se dá pelas cargas variáveis e permanentes multiplicadas a um coeficiente de ponderação Y.” (NBR 8800, 2008, p.23).
No nosso caso não temos valores cargas de ações variáveis com fator de combinação.
Olhando na Tabela 3, vemos que o V para ações permanentes é 1,25 (peso próprio de estruturas metálicas) e para ações variáveis é 1,5 (uso e ocupação).
Tabela 3 – Valores dos coeficientes de ponderação das ações
Então,
Lançando essa carga no Ftool encontramos um valor para momento fletor MSd nas extremidades onde há o engaste de 13,636 kN.cm (Figura 4).
Figura 4 – Momento fletor MSd do degrau ELS
Também podemos encontrar o valor da força cortante VSd de 0,744 kN.
Figura 5 – Força cortante VSd do degrau ELS
De acordo com a NBR 8800 (2008, p.57) para seções quaisquer submetidas a momento de torção, força axial, momento fletores e forças cortantes,
A tensão resistente de cálculo para os estados-limites últimos deve ser igual ou superior à tensão solicitante de cálculo, expressa em termos de tensão normal σSd ou tensão cisalhante τSd, determinada pela teoria da elas+cidade. Essa análise deve levar em consideração as combinações de ações de cálculo.
Assim para efeitos de estado limite de escoamento de tensão normal temos:
a) Estados limites de escoamento para efeitos de tensão normal:
Faremos o cálculo de tensão normal para tração e compressão, logo:
b) Estados limites de escoamento para efeitos de tensão cisalhante:
3. DIMENSIONAMENTO DO GUARDA CORPO
Para dimensionar um guarda-corpo corretamente, é necessário considerar diversos aspectos técnicos conforme os requisitos estabelecidos na norma.
“É proibido nos projetos de guarda-corpos barras ou outro tipo de componente estrutural que sirvo com degrau, que possa ser escalado por crianças.” (NBR 14718, 2001, p.3).
“A altura mínima do guarda-corpo, considerada entre o piso acabado e a parte superior do peitoril, deve ser de 1100 mm, conforme a Figura 6. Se a altura da mureta for menor ou igual a 200 mm, a altura total deve ser de no mínimo 1100 mm.” (NBR 14718, 2001, p.3).
Figura 6 – Exemplos de guarda-corpos; indicação da altura mínima entre o piso acabado e a parte superior do peitoril (dimensões em mm)
Para o projeto foi desenvolvido um guarda corpo do tipo gradil, como mostra a Figura 7.
Figura 7 – Guarda-corpo tipo “gradil”
“No caso de guarda-corpos constituídos por perfis (do tipo gradil), a distância entre perfis (vão luz) não deve ser superior a 110 mm, conforme Figura 8.” (NBR 14718, 2001, p.4).
Figura 8 – Distância máxima entre perfis de guardas-corpos (gradis)
Foi utilizado no peitoril (travessa situada na parte superior do guarda-corpo) e nos pilares principais um perfil tubo redondo 57,15 mm x 4,25 mm. Nos perfis montantes tubo redondo de 15,87 mm x 3,00 mm. E o na travessa inferior tubo redondo de 21,30 mm x 3,00.
De material, foi empregue o aço AISI 1045 trefilado. Com isso podemos extrair do Solidworks as propriedades de massa (Quadro 3) para que seja realizado a sobrecarga no cálculo da longarina.
Quadro 3 – Propriedades de massa do guarda corpo
Fonte: (Solidworks, 2024)
4. DIMENSIONAMENTO DA LONGARINA
Para melhor observação dos detalhes, foi feito uma cotação das medidas (Figura 9) que são necessárias para a configurar os softwares.
Figura 9 – Detalhes das dimensões da escada
Obtivemos uma massa de 98,92 kg (Quadro 3) e devemos transformá-la em peso próprio multiplicando pela gravidade e dividindo pela distância máxima que é 5234,97 mm (Figura 9) ou 5,23497 m.
Ao longo da escada existem 16 degraus e o seu peso será dividido entre as duas longarinas. Este carregamento é distribuído ao longo de toda a distância da longarina.
Atribuímos um perfil genérico para nosso projeto, um perfil Ue de CF-24, “que é um perfil dobrado de chapas finas de aço carbono conformadas a frio para uso estrutural. O CF24 possui um limite de escoamento igual a 240 MPa e limite a resistência à tração igual a 370 MPa.” (NBR 6649, 1986, p.2). No Ftool, não existe inputs para esse tipo de perfil, porém, vamos utilizar o software DimPerfil para encontrarmos as propriedades geométricas e fazer as configurações no Ftool com essas informações.
Figura 10 – Propriedades geométricas do perfil da longarina
Temos uma massa por metro m (Figura 10) do perfil que precisa ser transformada em PPLongarina multiplicando pela gravidade.
Encontrado os valores de sobrecarga, podemos calcular os estados-limites de serviço e achar a solicitante de cálculo.
Agora utilizasse o Ftool novamente, para lançar as propriedades geométricas da seção (Figura 10) e atribui as medidas da longarina modelada no solidworks, para encontrar os valores de deslocamentos máximos e descobrir se o perfil passa ou não.
Figura 11 – Deslocamento vertical da longarina
Voltando ao Ftool, utilizamos a mesma configuração dos degraus que são vigas de piso (Tabela 2). Assim utilizasse o comprimento representado na Figura 9.
Agora faremos as verificações para estados-limites últimos.
Analisando o Tabela 3 temos que o coeficiente de ponderação para ações permanentes para peso próprio de estruturas metálicas é de 1,25 e ações variáveis para uso e ocupação é 1,5, que é o nosso caso.
Em seguida jogamos a carga no Ftool para acharmos VSd, MSd e Nc,Sd.
Figura 12 – Diagrama de Esforços cortantes na longarina
VSd = 30,329 kN
Figura 13 – Diagrama de momento fletor na longarina
MSd = 424,216 kN.cm
Figura 14 – Diagrama de forças axiais na longarina
Nc,Sd = 39,63 kN
Encontrados os valores máximos de VSd (Figura 12) , MSd (Figura 13) e Nc,Sd (figura 14), podemos perceber que eles se encontram no mesmo ponto.
Logo, jogamos esses dados no DimPerfil para que ele faça todas verificações necessárias e se há necessidade da troca de perfil.
Figura 15 – Aproveitamento do perfil 150 x 60 x 20 x 3
Encontramos uma taxa de 0,82 de aproveitamento do perfil.
Com os testes, foi notado que poderíamos escolher um perfil mais leve, então escolhemos uma espessura t de 2,65 mm.
Figura 16 – Aproveitamento do perfil 150 x 60 x 20 x 2,65
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O presente artigo, “Um Guia para Acesso ao Segundo Pavimento de Edificações: Passo a Passo sobre o Dimensionamento de uma Escada Metálica para Lojas”, buscou fornecer um panorama abrangente sobre o processo de dimensionamento e projeto de escadas metálicas, especificamente voltado para aplicações em estabelecimentos comerciais. A abordagem metodológica apresentada abrangeu desde os fundamentos teóricos e normativos até a aplicação prática, com o intuito de oferecer uma referência completa para engenheiros, arquitetos e profissionais da construção civil.
Ao fornecer um guia detalhado para o dimensionamento de escadas metálicas em lojas, este artigo contribui significativamente para a prática da engenharia e arquitetura no setor comercial. A aplicação das diretrizes aqui apresentadas resulta em projetos mais seguros, eficientes e esteticamente agradáveis, beneficiando tanto os profissionais da área quanto os usuários finais dos espaços comerciais.
Além disso, este guia estabelece uma base sólida para futuras pesquisas e inovações no campo do design de escadas. As considerações apresentadas podem ser expandidas e adaptadas para outras aplicações, incluindo edificações residenciais e industriais, promovendo uma abordagem holística e integrada ao projeto de escadas metálicas.
Figura 17 – Modelagem 3D realizado em software
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro: ABNT, 2008.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6120: Cargas para o cálculo de estruturas de edificações. Rio de Janeiro, 2019.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6649: sistemas de ventilação para cozinhas profissionais – projeto, instalação, operação e manutenção. Rio de Janeiro: ABNT, 2023.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9077: Saídas de emergência em edifícios – Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2001.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14718: Guarda-corpos para edificações. Rio de Janeiro, 2008.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8261: Medição de vazão de líquidos em condutos forçados – Método do hidrômetro. Rio de Janeiro, 1983.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9050: Acessibilidade a edificações, mobiliário, espaços e equipamentos urbanos. Rio de Janeiro: ABNT, 2020.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6023: Informação e documentação – Referências – Elaboração. Rio de Janeiro, 2018.
¹Universidade Redentor, Graduando em Eng. Mecânica, Itaperuna-RJ, carlosedu.bbz.mello@gmail.com
²Universidade Redentor, Esp., Professor de Eng. Mecânica, Itaperuna-RJ, joao.boechat@uniredentor.edu.br
³Universidade Redentor, Professor de Engenharia Mecânica, Itaperuna-RJ, jarilson.silva@uniredentor.edu.br