DISEÑO CUBIERTA METALICA.pdf

JUAN PABLO RUGELES VARGAS INGENIER0 CIVIL STD 68202131665 STD

MEMORIAS DE DISEÑO ESTRUCTURAL CUBIERTA POLIDEPORTIVO CENTRO EDUCATIVO POZO AZUL SEDE C EL PRADO PALMAS DEL SOCORRO - SANTANDER

CALCULO: INGENIERO JUAN PABLO RUGELES VARGAS BUCARAMANGA 2009 MEMORIAS DE DISEÑO ESTRUCTURAL CUBIERTA POLIDEPORTIVO CENTRO EDUCATIVO POZO AZUL SEDE C EL PRADO PALMAS DEL SOCORRO, SANTANDER

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MEMORIAS DE DISEÑO ESTRUCTURAL PROYECTO:

DISEÑO ESTRUCTURAL COLISEO

PROPIETARIO:

ALCALDIA MUNICIPAL DE PALMAS DEL SOCORRO

LOCALIZACION:

VEREDA AGUABUENA SECTOR PAVAS BAJO (SANTANDER)

DISEÑADOR ESTRUCTURAL:

ING. JUAN PABLO RUGELES

MATRICULA:

MAT: 68202131665 STD

NORMA: NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO – RESISTENTE NSR – 98 ESPECIFICACIONES: CONCRETO f’c= 210 kg/cm2 (cimientos, placas, vigas y columnas). ACERO DE REFUERZO: fy= 4200 kg/cm2 F ≥ Nº 3 fy= 4200 kg/cm2 F < Nº 3 SISTEMA DE CÁLCULO: ANALISIS SISMICO: FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE ANALISIS ESTRUCTURAL: ELEMENTOS FINITOS-SAP2000 CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA Y MATERIAL UTILIZADO: SISTEMA ESTRUCTURAL: SISTEMA PORTICOS DE CONCRETO REFORZADO MATERIAL ESTRUCTURAL: CONCRETO REFORZADO Y ACERO GRADO 60 CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA: MODERADA

GRADO DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA COEF DE CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA (Ro)

5

IRREGULARIDAD EN PLANTA (ΦP)

1.0

IRREGULARIDAD EN ALTURA (Φa)

1.0

TIPO DE PERFIL DE SUELO

S2

COEFICIENTE DE SITIO (S)

1.2

GRUPO DE USO ZONA DE AMENAZA SISMICA PROCEDIMIENTO DE ANALISIS SISMICO

II INTERMEDIA FHE

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EVALUCION ESTRUCTURAL

1.0

OBJETIVO •

Proyectar una estructura en pórticos de concreto que permita la funcionalidad para una cubierta metálica.

•

Proyectar una estructura de resistencia sísmica, capaz de resistir temblores sin llegar a un colapso.

•

Determinar las

dimensiones y calcular los elementos estructurales

que

conforman las pantallas, placas, columnas, zapatas y demás.

2.0

METODOLOGIA

Se predimensiona la estructura y se define el tipo de sistema estructural a usarse, para luego evaluar solicitantes como la masa de la estructura, las cargas muertas, las cargas vivas y los efectos sísmicos. A continuación se definen los movimientos sísmicos de diseño, los cuales dependen del tipo de amenaza sísmica del lugar, las características de estratificación del suelo y la importancia de la edificación. El siguiente paso en el diseño estructural es el análisis sísmico, este se realiza para los movimientos

sísmicos

de

diseño,

y

posteriormente

determinar

y

evaluar

los

desplazamientos máximos y la verificación de derivas, que imponen los movimientos sísmicos de diseño a la estructura y las fuerzas internas que se derivan de ellos. En el diseño se controlaran las derivas totales para que estén dentro de la norma y las deflexiones máximas permisibles. Con los resultados del análisis sometido simultáneamente a las fuerzas gravitacionales y a las fuerzas sísmicas (mediante el uso del método Modal Espectral). Y cumplidos los requerimientos de deriva y deflexiones, se realizara el diseño de las columnas, cimentación, vigas , cerchas y demás elementos estructurales.

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3 DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA

3.1 Ubicación Se encuentra localizada en el municipio de Palmas del Socorro (Santander).

3.2 Uso La edificación va a ser usada como polideportivo.

3.3 Normas de cálculo. Las normas utilizadas para el diseño son las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente.

3.4 Nivel de amenaza sísmica. La edificación se encuentra ubicada en una zona de amenaza sísmica intermedia y en la microzononificacion sísmica zona 2.

3.5 Especificaciones. •

Acero estructural o

Acero longitudinal

fy = 4200 Kg/cm2

o

Acero de estribos

fyv= 4200 Kg/cm2

o

Acero de retracción por fraguado y temperatura

fy= 2620 Kg/cm2

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•

Concreto 3000 Psi o

Modulo de elasticidad

182400 Kg/cm2

o

Resistencia a la compresión

210 Kg/cm2

o

Resistencia al esfuerzo cortante

7.6 Kg/cm2.

4.0 MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA EN CONCRETO

4.1 Dimensionamiento Los elementos se modelaron con elemento tipo frame.

4.2 Características de los materiales Concreto 3000 PSI Modulo de elasticidad

182400 Kg/cm2

Resistencia a la compresión

210 Kg/cm2

Resistencia al esfuerzo cortante

7.6 Kg/cm2

4.3 Cargas aplicadas

Las cargas de diseño para la estructura de concreto son las dadas por las reacciones de los apoyos de la cercha las cuales se toman como cargas axiales, para este caso las reacciones máximas de la cercha en los apoyos son de 16 toneladas. (La viga de amarre se diseña solo para carga muerta)

4.4 Combinaciones de carga Las combinaciones de carga utilizadas vienen en el titulo B, las cuales se consideración las siguientes. COMB1: 1.7L +1.4 D COMB2: 1.28 L+1.05 D+E ......Donde E=Fsx/Ro.....Tomando Ro=7.0 en el sentido X COMB3: igual al combo anterior pero las fuerzas de sismo con las que se diseñan son en el sentido Y COMB4:0.9D+E......Donde E=Fsx/Ro.....Tomando Ro=7.0 en el sentido X. COMB5: igual al combo anterior pero las fuerzas de sismo con las que se diseñan son en el sentido Y MEMORIAS DE DISEÑO ESTRUCTURAL CUBIERTA POLIDEPORTIVO CENTRO EDUCATIVO POZO AZUL SEDE C EL PRADO PALMAS DEL SOCORRO, SANTANDER

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Para el calculo del factor R=RoxΦpxΦa =5.0x1.0x1.0=5.0

5.0 ANALISIS SISMICO 5.1 Espectro de diseño

5.2 Método utilizado para el análisis. El análisis dinámico de la estructura se hizo por medio del Método Fuerza Horizontal Equivalente (NSR-98 Capitulo A.4). Este método, controla la obtención de las fuerzas sismicas horizontales de la edificación y el análisis sísmico de la misma. Para el análisis sísmico se consideraron dos hipótesis: •

El sismo actuando 100% en una dirección (X).

•

El sismo actuando 100% en una dirección (Y).

Con estas dos consideraciones se realiza el análisis del método.

5.3 Aplicación de las fuerzas sísmicas. Para este tipo de diseño se coloca la carga sísmica dada del análisis por el método de la fuerza horizontal equivalente y se hace el chequeo de la deriva del portico longitudinal el cual no puede ser mayor del 1% de la altura libre del portico, en este caso 5.00 cm. MEMORIAS DE DISEÑO ESTRUCTURAL CUBIERTA POLIDEPORTIVO CENTRO EDUCATIVO POZO AZUL SEDE C EL PRADO PALMAS DEL SOCORRO, SANTANDER

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6.0 REQUISITOS DE DERIVA

6.1 Chequeo de derivas. La deriva es el desplazamiento horizontal relativo entre dos puntos colocados a un mismo nivel vertical, en dos pisos o niveles consecutivos.

La deriva es necesario controlarla porque esta asociada a los siguientes efectos: • Deformación inelástica de los elementos estructurales. • Estabilidad de la estructura. • Daño a elementos estructurales que no hacen parte del sistema de resistencia sísmica. • Alarma y pánico entre las personas que ocupen la edificación.

La deriva máxima evaluada en cualquier punto del piso i, se obtiene como la diferencia entre los desplazamientos horizontales totales máximos del punto en el piso i y los desplazamientos horizontales totales máximos de un punto localizado en el mismo eje vertical en el piso i-1. Así:

∆i max =

∑ (δ 2

i

tot , j − δ i −1tot , j

j =1

)

2

Esta deriva máxima no puede exceder:

ESTRUCTURA DE CONCRETO REFORZADO

DERIVA MAXIMA 1%

(0.010hpi)

VALOR Varia por nivel m

Nota: los valores de desplazamientos y derivas se presentan en las tablas anexas.

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7.0 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA

7.1 Diseño de vigas y columnas. Para el diseño de vigas y columnas se modelaron mediante elementos finitos cargándose el elemento (frame) con las cargas de servicio evaluadas anteriormente. Las vigas son apoyadas sobre las columnas estructurales y en zonas donde las luces son prominentes, las vigas se encuentran descolgadas, la cuantía de refuerzo para las columnas es mínimo el 1% y máximo 6%, (ningún elemento supera el 1%).

7.2 Diseño de cimientos: Los cimientos de la estructura por encontrarse en campo abierto se tomaran como centricos cuyos parámetros de diseño se asumieron con una capacidad portante de 18 Tn/m2 y para el cual la dimensión de la zapata es de 1.10 m X 1.10 m X 0.40 m.

DISEÑO CIMIENTO AISLADO TIPO COLUMNA Ø=0.40m

N0+0.00

N0-1.00

0.30

1.10

1.10

SOLADO EN CONCRETO POBRE e=0.05m

CORTE

DATOS Pu = Cap.Suelo= F.C = Diam. Ref =

CIMIENTO TIPO T-1 25 t 18 t/m2 1.5 0.50 pulg

6 Ø=1/2" C/0.20

0.30

0.20

SOLADO EN CONCRETO POBRE e=0.05m

0.20

0.30

N0-0.70

1.10

6 Ø=1/2" C/0.20

N0-0.50

PLANTA

Bcolumna = fc' = fy =

0.4 m 210 k/cm2 4200 k/cm2

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CÁLCULOS Pcálculo = Areacálculo= Lado = Ladodiseño=

27.50 1.02 1.01 1.10

t m2 m m

σneto =

20.66 t/m2

ALTURA EFECTIVA ( d ) Altura min = 20 cm(NSR-98) Ld comp = 29.45 cm >Bcolumna= 40 cm d diseño =

35 cm

CALCULO DEL CORTANTE CORTANTE A d/2

CORTANTE A d

Vd/2 = 13.38 t Esf.cort = 1.50 k/cm2 Esf.cort Adm= 15.94 k/cm2 **** OK d ****

Vd = Esf.cort = Esf.cort Adm= **** OK d ****

3.98 t 1.22 k/cm2 7.68 k/cm2

CALCULO DEL REFUERZO Mu = 1.27 t-m k= p= As = Asmin = Lado = d=

0.0009 0.0003 0.97 7.7 1.10 0.35

t/cm2 cm2 cm2 m m

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7.3 Diseño de Cubierta La estructura de cubierta se analizó independiente de la estructura de concreto, pero en el diseño general se tuvo en cuenta su peso. En el análisis de las cargas de la estructura metálica de cubierta se trabaja con carga muerta, viva y viento.


CALCULO DE LA CARGA MUERTA Peso de la cubierta: 5 Kg/m2 (Teja Thermoacustic) Peso de correas: 6.37 Kg/m (Perfil PHR 220X80X1.9mm) Longitud aferente: 1.20m (promedio) Wmuerta = 5*1.20+6.37

Wmuerta= 12.37 Kg/m




CALCULO DE LA CARGA VIVA Carga viva de la cubierta: 35 Kg/m2 (Para m>20%) Longitud aferente: 1.20 m Wviva = 50*1.20

Wviva= 60.00 Kg/m




CALCULO DE LA CARGA DE VIENTO P = Cp x q x S4 B.6.4-1 (NSR-98) Velocodad del viento V = 60 km/h (figura B.6. 5.1) NSR – 98 Para h = 0-10 mts el valor de q = 0.20 tabla B.6.4.1 NSR – 98. Cp ( Tabla B.6.5-1) Superficies inclinadas Cp = -0.7 Barlovento y Cp =-0.5 Sotavento S4 = 0.88 (Para altitud = 1000 mts) tabla B.6.6 NSR-98 P= 0.20*0.7*0.88 = 0.12 KN/m2

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P= -12 Kg/m2 P= -0.20*0.5*0.88 = -0.08 Kg/m2 P= -8 Kg/m2

Laferente: 1.10 m Ph= -12*1.20 = -14.40 Kg/m Pv= -8*1.20 = -9.60 Kg/m


CARGA TOTAL Wtotal= 1.2*12.37+1.6*60.00 + 0.8*14.40 Wtotal= 122.36 Kg/m

Con éste valor de carga mayorada analizamos y calculamos la correa de 6.00 m de longitud. El diseño se anexa a continuación y se toman las reacciones por carga viva, muerta y carga de viento por separado y sin mayorar:

WTOTAL=122.36 Kg/m PHR 220*80*1.9mm 6.00 m m Rmuerta

=37.11 Kg

Rviva

=180.00 Kg

Rviento v

=43.00 Kg

Rviento h

=29.00 Kg

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7.4 Cargas de la cercha 7.4.1 Carga muerta

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7.4.2 Carga viva

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7.4.3 Carga viento

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7.5 diseño de la cercha

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ANEXOS Y PLANOS

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