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Assistente de Cobertura (Cobertura Automática)

Este artigo explica como o assistente de cobertura (cobertura automática) do StatiCAD monta, em uma única etapa, uma cobertura de madeira completa de quatro águas, de duas águas ou mista a partir de um polígono de cobertura. Para adicionar tesouras e terças individualmente, consulte os artigos Assistente de Tesoura de Cobertura e Terça Automática entre Tesouras.

Cobertura de quatro águas em 3D

Figura 1 – Cobertura de quatro águas montada sobre um edifício de concreto armado de três pavimentos (pré-visualização 3D)

1. Sobre este artigo​

A partir de um polígono de cobertura e das inclinações dos lados, o assistente monta a geometria de uma cobertura de quatro águas, de duas águas ou mista e adiciona, em uma única etapa, toda a estrutura de madeira ao modelo de análise: caibros, terças, viga de cumeeira, espigões e rincões, caibros de empena, montantes, mãos-francesas e testeira. A carga do revestimento é aplicada como carga linear nos caibros, ou é gerada a malha de uma laje poligonal sobre a superfície da cobertura.

informação

Quais edições? O assistente de cobertura está disponível em todas as edições do StatiCAD (assim como os assistentes de tesoura e de terças).

Os exemplos usam um edifício de concreto armado de três pavimentos, de 20 × 10 m: os eixos das vigas do último pavimento são tomados como polígono de cobertura e é montada uma cobertura de quatro águas com inclinação de 33%.

2. Como funciona?​

2.1. Geometria da cobertura​

O polígono de cobertura é a linha de apoio: o eixo da parede ou da viga sobre o qual se apoiam os pés dos caibros. Cada lado recebe uma inclinação (em porcentagem); em um lado marcado como empena, a superfície da cobertura é vertical (a parede de empena de uma cobertura de duas águas). O assistente desloca os lados para fora, na medida do beiral, para obter a linha do beiral, e monta a cobertura pelo método do esqueleto reto ponderado (weighted straight skeleton): a superfície de cada lado sobe com sua própria inclinação, e as linhas em que as superfícies se encontram tornam-se a cumeeira (horizontal), os espigões (cantos convexos) e os rincões (cantos côncavos). O método fornece a cobertura correta também em plantas não retangulares (em L, T e U e polígonos com lados oblíquos); inclinações diferentes nos lados e empenas podem ser combinadas.

O beiral é uma medida horizontal e vale para os lados com a inclinação padrão; nos lados com inclinação diferente, o beiral é ajustado de modo que a borda do beiral fique na mesma cota em todas as águas (linha de calha contínua). Os lados de empena são prolongados ainda pelo “beiral da empena”; a cumeeira e as terças ultrapassam a parede de empena e suas extremidades são ligadas pelo caibro de empena.

2.2. Elementos​

ElementoDisposiçãoLigação
CaibroEm cada água, perpendicular ao beiral, com o espaçamento informado, simétrico em relação ao meio da água. Encurtado junto aos espigões e rincões (caibros curtos).Dividido na linha de apoio e nos cruzamentos com as terças (viga contínua). Articulado na extremidade da cumeeira/espigão/rincão. A extremidade do beiral fica em balanço.
TerçaCurvas de nível: nas mesmas cotas em todas as águas, formando um anel que se une nos espigões e rincões. Uma terça muito próxima do topo de uma água é omitida (a viga de cumeeira é suficiente).No plano dos eixos dos caibros (concêntrica). Extremidades articuladas. Dividida nos pontos dos montantes e das mãos-francesas.
Cumeeira / espigão / rincãoLinhas do esqueleto. Os trechos colineares formam um único elemento.Divididos na linha de apoio, nas extremidades das terças e nos pontos dos montantes.
Caibro de empenaAo longo da linha externa do beiral da empena.Seção do caibro.
MontanteSob as terças e a cumeeira; extremidade inferior na cota superior do pavimento (Seção 6).Base articulada, topo contínuo; tipo “Montante de Tesoura” do StatiCAD (não recebe apoio automático).
Mão-francesaDe cada montante para os dois lados, ao longo da terça/cumeeira que ele sustenta; com o ângulo informado em relação ao montante.Articulada nas duas extremidades (apenas esforço axial). Encurtada com o mesmo ângulo se não couber no montante.
TesteiraAo longo da linha do beiral; liga as pontas dos caibros.Contínua.
FrechalAo longo da linha de apoio (opcional, desativado por padrão).Coincide com a viga de concreto armado, se houver uma na linha de apoio.
Pilar de madeira (cobertura independente)Sob cada nó de caibro, de espigão/rincão e de empena situado na linha de apoio, a partir da base do pavimento (Seção 4.3).Tipo Pilar/Montante de Madeira: a base recebe apoio automático, o topo é contínuo.

2.3. Ligação ao modelo de análise​

No modelo de elementos finitos, dois elementos não se ligam se a extremidade de um não estiver sobre o outro. Por isso, o assistente cria explicitamente todos os pontos de ligação:

  • Ajuste dos lados: a linha dos nós de elementos finitos de uma viga de borda fica sobre o seu eixo definido, e não no centro da viga (no exemplo, 12,5 cm para fora do centro). Com a opção “Ajustar os lados às linhas FEM das vigas” ativada (padrão), os lados do polígono são deslocados para a linha dos nós de uma viga paralela situada a até 30 cm; assim, os pés dos caibros e as extremidades dos espigões ficam ligados à viga.
  • Divisão: os caibros são divididos nos cruzamentos com as terças; as terças e a cumeeira, nas extremidades dos montantes e das mãos-francesas; os espigões e os rincões, nas extremidades das terças.
  • União: as extremidades a menos de 6 cm umas das outras são unidas (para que as vigas deslocadas dentro da tolerância de nós de 5 cm do programa não percam a ligação).
  • Projeção do pilar: o programa liga ao eixo do pilar, por meio de uma viga fictícia, a extremidade de viga que cai dentro da projeção do pilar em planta. Essa ligação só é feita quando a extremidade da viga está dentro do intervalo de cotas do pilar; as extremidades de caibros, cumeeira e terças situadas bem acima do topo de um pilar não são ligadas ao pilar. Por isso, os caibros mantêm o comprimento total e o espaçamento regular também nos eixos dos pilares.

3. Abrir o assistente e o polígono de cobertura​

O assistente é aberto de três maneiras: pelo botão Cobertura da barra de ferramentas esquerda (abaixo dos botões Tesoura e Terça), por Desenhar › Cobertura (assistente de cobertura automática)... e por Macros › Assistente de cobertura (cobertura automática).... A cobertura é montada no pavimento ativo; no pavimento de fundação, o assistente não é aberto.

O polígono de cobertura é informado de uma das duas maneiras a seguir:

  1. Laje poligonal selecionada: se uma laje poligonal estiver selecionada em planta quando o assistente for aberto, seus cantos tornam-se o polígono de cobertura. Com a janela aberta, também é possível usar o botão “Da laje poligonal selecionada”. Nesse caso, a opção de revestimento passa automaticamente para “Gerar a malha da laje poligonal de origem sobre a cobertura”.
  2. Desenho em planta: o botão “Desenhar em planta” fecha a janela; clique em sequência, na planta, nos cantos da linha de apoio (Shift: ortogonal). Um clique no primeiro ponto ou um clique com o botão direito fecha o polígono (no mínimo 3 pontos) e o assistente é aberto novamente. Os pontos intermediários situados sobre uma mesma reta são unidos.
Assistente de cobertura: pré-visualização em planta e aba Cobertura

Figura 2 – Assistente de cobertura: à esquerda, a pré-visualização em planta (águas, elementos, números dos lados); à direita, a aba Cobertura

4. Aba Cobertura​

4.1. Inclinação e empenas​

A Inclinação padrão (em porcentagem; ao lado é exibido o ângulo em graus) é a inclinação dos novos lados; “Aplicar a todos os lados (remove as empenas)” leva todos os lados a essa inclinação e remove as empenas. A tabela de lados mostra o comprimento, a inclinação e a situação de empena de cada lado. A célula de inclinação pode ser editada; o novo valor é aplicado com Enter ou ao passar para outra célula. Marcar a caixa Empena, ou clicar em um lado na pré-visualização, ativa ou desativa a empena (pelo menos um lado deve permanecer inclinado). Na pré-visualização, os números dos lados aparecem dentro de círculos; os lados de empena são roxos.

Pré-visualização 3D de uma cobertura em L com duas extremidades em empena

Figura 3 – Cobertura em L: as extremidades das duas alas são empenas, com um rincão no canto interno; a pré-visualização 3D é girada arrastando-se com o mouse

4.2. Beiral e nível de assentamento​

ConfiguraçãoDescrição
Beiral (horizontal)Projeção das pontas dos caibros para além da linha de apoio (padrão: 50 cm).
Beiral da empenaProjeção da cumeeira e das terças para além dos lados de empena (padrão: 30 cm).
Nível de assentamentoTopo do pavimento ativo (padrão): a cobertura se apoia na cota da laje/viga do último pavimento. Base do pavimento ativo (pavimento de cobertura): em um pavimento de cobertura separado, a cobertura se apoia na base do pavimento (sobre as vigas do pavimento inferior); em um pavimento sem lajes, o próprio assistente seleciona esta opção.
Desnível da linha de apoioAltura dos pés dos caibros acima do nível de assentamento (p. ex., uma mureta).
Ajustar os lados às linhas FEM das vigas (≤ 30 cm)Seção 2.3.
MadeiraMaterial de todos os elementos da cobertura (madeiras do projeto e da biblioteca).
perigo

Pavimento de cobertura separado e análise modal: Na análise modal com diafragma rígido, nenhum nó fica ligado ao nó mestre do diafragma de um pavimento de cobertura sem lajes; por isso, a solução modal pode não convergir. Quando a cobertura for analisada junto com o edifício, monte-a sobre o topo do último pavimento (padrão).

4.3. Análise de cobertura independente​

Para analisar a cobertura sozinha, independentemente de um edifício (por exemplo, em um projeto vazio), marque Análise de cobertura independente (sem edifício). Nesse caso, são colocados elementos Pilar/Montante de Madeira, a partir da base do pavimento, sob os nós que normalmente se apoiariam em vigas: os pés dos caibros atrás do beiral, os cantos dos espigões e dos rincões e os nós das terças e da cumeeira nas linhas de empena. Eles entram como pilares de madeira, e não como montantes de tesoura; por isso, suas bases recebem apoios automáticos. A seção dos pilares é definida em “Pilar de madeira b × h” (padrão: 12 × 12 cm).

Os montantes sob as terças e a cumeeira também descem até a base do pavimento e tornam-se pilares de madeira; ao marcar a opção, a disposição dos montantes passa para “Espaçamento igual”. A cobertura se apoia no topo do pavimento ativo; o nível de assentamento e o ajuste às vigas não são usados (aparecem esmaecidos).

Pré-visualização 3D da cobertura independente

Figura 4 – Análise de cobertura independente: pilares de madeira a partir da base do pavimento sob os pés dos caibros e montantes que descem até a base do pavimento; à direita, a opção na aba Cobertura

informação

Número de pilares e análise: Como é colocado um pilar sob cada pé de caibro, o espaçamento dos pilares é igual ao dos caibros (80 pilares no exemplo de 12 × 8 m). Em um projeto vazio, a análise de coberturas de quatro águas de 10 × 6 m e de 45 × 24 m foi concluída sem avisos de elemento sem apoio nem de matriz singular; as bases dos pilares receberam apoios engastados.

5. Aba Elementos​

Nesta aba, informam-se o espaçamento e a seção dos caibros; as terças (ativação, espaçamento horizontal na inclinação padrão, seção), a viga de cumeeira, os espigões/rincões, o caibro de empena, a testeira e o frechal são ativados ou desativados individualmente, e suas seções (b × h, cm) são informadas. Seções padrão: caibro 5 × 10 (espaçamento de 50 cm), terça 10 × 12, cumeeira 12 × 16, espigão/rincão 10 × 16, montante 10 × 10, mão-francesa 8 × 10, testeira 3 × 15.

As cotas das terças são obtidas dividindo-se igualmente a altura do ponto mais alto da cobertura: o espaçamento é a distância horizontal na inclinação padrão (p. ex., 200 cm × 33% → passo de cota de no máximo 66 cm). A linha de resumo mostra o passo de cota real.

Abas Elementos, Montantes e Carga / revestimento

Figura 5 – Abas Elementos, Montantes e Carga / revestimento

6. Montantes e mãos-francesas​

Os montantes são colocados sob as terças e a viga de cumeeira. Há duas disposições:

DisposiçãoDescrição
Sobre as linhas das vigas de apoio (padrão)O montante é colocado no ponto em que a terça/cumeeira cruza, em planta, uma viga situada na cota superior do pavimento; sua extremidade inferior se apoia na linha dos nós da viga e, na análise, fica ligada à viga. Para uma terça/cumeeira sem viga embaixo, o resumo exibe um aviso.
Espaçamento igualOs montantes são distribuídos de forma igual, sem exceder o espaçamento informado. Se não houver viga sob suas extremidades inferiores, eles ficam sem apoio na análise (a casca da laje não recebe nó interno); o programa emite um aviso.

As mãos-francesas são colocadas de cada montante para os dois lados do elemento que ele sustenta, com o ângulo informado em relação ao montante (padrão: 45°) e com o comprimento horizontal informado (padrão: 60 cm). Se o comprimento vertical não couber no montante, a mão-francesa é encurtada com o mesmo ângulo; o lado muito próximo do montante vizinho é omitido.

dica

Vão da terça: Quando os montantes são colocados apenas sobre as linhas das vigas de apoio, o vão da terça pode chegar ao espaçamento entre as vigas (6,5 m no exemplo). Depois das verificações dos elementos, se necessário, escolha o espaçamento igual e adicione vigas sob os montantes, ou aumente a seção da terça.

7. Aba Carga / revestimento​

OpçãoDescrição
Como carga linear nos caibrosCada caibro recebe, em uma largura igual ao seu espaçamento, a carga do revestimento G (na superfície da cobertura, kg/m²) e a carga de neve (na projeção horizontal, kg/m² × cos α) como cargas lineares (cargas G e Q adicionais da viga, kg/m). Padrões: G = 50, neve = 75 kg/m².
Gerar a malha da laje poligonal de origem sobre a coberturaSe o polígono de cobertura foi obtido de uma laje poligonal, a laje é ajustada à superfície da cobertura com uma malha triangular baseada nas cotas das extremidades das vigas (o mesmo que Macros › Gerar a malha da laje poligonal conforme as cotas das extremidades das vigas (TIN - revestimento da cobertura); veja Ajuste Automático das Cotas do Revestimento da Cobertura e dos Montantes). As cargas são os valores G/Q da própria laje; para o revestimento, use uma laje fina e leve (p. ex., OSB). Os nós situados abaixo da superfície da cobertura (bases dos montantes, mãos-francesas, banzos inferiores de tesouras, vigas de pavimento sob a cobertura) não são usados na malha; sua quantidade é informada no resumo.
Sem cargaNenhuma carga adicional é aplicada aos elementos da cobertura (apenas o peso próprio).

Grupo de seleção: todos os elementos são colocados em um único grupo de seleção (ROOF-01, ROOF-02 …; o prefixo pode ser alterado); o grupo pode ser selecionado e excluído. Se “Excluir a cobertura anterior neste polígono” estiver marcada, executar novamente o assistente com o mesmo polígono remove a cobertura anterior e monta a nova (dentro da sessão).

8. Criação da cobertura e resultado​

“Criar cobertura” adiciona os elementos ao modelo; a janela de resultados mostra o nome do grupo, o número de vigas e de montantes, a lista de elementos e os avisos. Um registro de desfazer é criado antes e depois da operação: Desfazer remove a cobertura em uma única etapa.

Pré-visualização 3D da cobertura de quatro águas

Figura 6 – Cobertura de quatro águas de exemplo (pré-visualização 3D): anel de terças, cumeeira, espigões, montantes sobre as linhas das vigas e mãos-francesas

9. Notas de análise​

  • Nas coberturas de exemplo de quatro águas e de duas águas, a análise foi concluída sem avisos: nenhum grupo de elementos sem apoio, nenhuma matriz de rigidez singular e análise modal normal.
  • A taxa de “Ocorreu um erro parcial durante a transferência de cargas” pode mudar com a cobertura: trata-se de uma verificação de totais no caminho de cargas clássico (carga total do pavimento comparada com a carga que chega aos elementos verticais do pavimento térreo). Como os montantes se apoiam em vigas, a carga da cobertura não é acompanhada no caminho clássico; a solução de elementos finitos não é afetada.
  • A informação “eixos de cálculo que têm grelha de madeira mas não têm definição de vibração” decorre das vigas de madeira situadas sobre as lajes do último pavimento; a cobertura não exige verificação de vibração.
  • Os caibros, as terças e os demais elementos são verificados pelo dimensionamento de vigas e pilares de madeira; atualize as seções de acordo com os resultados.

10. Limitações​

  • Os parâmetros não são salvos com o projeto; os elementos são salvos como vigas e montantes comuns. Para alterar a cobertura, execute novamente o assistente com o mesmo polígono (a opção “excluir a cobertura anterior” vale dentro da sessão) ou exclua o grupo e monte a cobertura de novo.
  • Ainda não estão disponíveis aberturas na cobertura, trapeiras, ripas, tirantes entre caibros (cobertura sem terças) e contraventamento dos montantes.
  • Na cobertura independente, é colocado um pilar sob cada pé de caibro; ainda não está disponível uma disposição com pilares mais espaçados sustentando uma viga de frechal.
  • Polígonos com lados curvos não são suportados; se um lado muito curto, combinado com um beiral grande, fizer a linha do beiral se autointerceptar, o assistente emite um aviso.