Análise estrutural e dimensionamento de estruturas de membrana

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Estruturas de membrana expressam tanto simplicidade como complexidade. Conceitos opostos, mas que traduzem simultaneamente a forma como funciona este tipo de estruturas. A sua forma natural, a leveza e translucidez dos materiais traduzem-se numa silhueta simples e minimalista. Por outro lado, tendo em consideração que esta estrutura dispõe de uma forma livre e sujeita a deformações, o seu dimensionamento é um processo complexo e sujeito a erro, tornando-se imprescindível o auxílio de cálculo automático. Escrever sobre a história desta tipologia, é fazer uma viagem que se inicia nos primórdios da construção, o uso de materiais na sua forma crua e arranjados de um modo puramente funcional. O desenvolvimento do uso da tecnologia na construção, principalmente na área dos materiais utilizados, permitiu que este tipo de estruturas ressurgisse na década de 50, originando obras de elevada complexidade e exigência técnica. A realização da presente dissertação tenciona, para além de sintetizar o histórico de conhecimentos na área, com especial ênfase nas construções mais recentes, tem como principal objetivo o estudo dos métodos de cálculo, dimensionamento, e processo construtivo, incluindo a exploração de um software comercial de cálculo. Num primeiro momento, são abordados alguns aspetos gerais das estruturas em membrana, designadamente os seus elementos constituintes e suas ligações, bem como o funcionamento e morfologia caraterística. Seguidamente é feita referência às principais obras realizadas nos últimos 10 anos e, numa terceira parte, são apresentadas as bases de dimensionamento e critérios de segurança. Segue-se uma análise paramétrica com base em três estruturas comuns: estrutura plana, hiperbólica e em cone. Abordados os conceitos necessários concernentes ao tema, na fase final procedeu-se ao dimensionamento e análise de uma estrutura em membrana (caso de estudo), desde a procura da forma até ao dimensionamento e escolha de todos os elementos estruturais, incluindo os padrões de corte da tela.

Membrane structures simplicity and complexity. Opposing concepts but simultaneously translate how this type of structure works. Its natural shape, lightness and translucency of the materials give shape to its simple and minimalist silhouette. Moreover, considering that this structure provides a free and subject to deformations shape, its dimensioning is a complex and subject to error, making it essential to aid automatic calculation. Writing about the history of tensile structures, it is to make a journey beginning in the early days of construction, the use of materials in their raw form and arranged in a purely functional way. The development of the technology in construction, especially in the area of the materials, allowed this type of structures to reborn in the 50’s, creating constructions of high complexity and technical requirement. The realization of this document intends, in addition to synthesize the state of the art in the area with special emphasis on newer buildings, has as main objective study the calculation methods, design, and construction process, including the exploration of commercial calculation software. Initially are discussed some general aspects of membrane structures, including its constituent elements and their connections, as well as its structural behaviour and characteristic morphology. Then is made reference to the main constructions carried out over the last 10 years and, in a third part, the design and safety criteria bases are presented. In the next chapter a parametric analysis is made to the most common shapes, the Flat, Hyperbolic and Cone structures. Addressed the necessary concepts concerning the subject, it comes up, in last chapter, the design and analysis of a membrane structure, from the Form Finding process to the design and choice of all its elements including the cutting patterns.