DISEÑO DE PLANCHA BASE Y BARRAS DE ANCLAJE

HOJA DE CALCULO

CONTENIDO:

DOCUMENTO Nº: PROYECTO: CLIENTE: DISEÑADO POR: Héctor Andes Díaz Casado REVISADO POR: FECHA:

Analisis y diseño por estados limites de bases de columna en porticos especiales resistentes a momento (SMF).

Datos preliminares y predimensionado:

Y

a.- Columna:

hs1

X1

Ancho de la columna: Espesor del ala: ASTM - A 36

- Acero:

Modulo plástico:

tw = 11,5 mm Z = 2065,72 cm3

Altura de piso:

H= 3m

Espesor del alma:

430 mm m

d = 320 mm bf = 300 mm tf = 20,5 20 5 mm

Altura de la columna:

hs2

HEB-320

- Perfil:

Fy = 2530 Kg/cm2

Esfuerzo cedente:

HEB-320

X

b.- Plancha base: Longitud de la plancha: Ancho de la plancha:

hs1 = ( N - d ) / 2 = 100 mm hs2 = ( B - bf ) / 2 = 65 mm

N = 520 mm B = 430 mm

520 mm ASTM - A 36

- Acero:

Fyp = 2530 Kg/cm2

Esfuerzo cedente:

d.- Pedestal: fy = 4200 Kg/cm2 r'c = 70 mm

Acero de refuerzo: Longitud del pedestal: PN = 750 mm Recubrimiento: Ancho del pedestal: PB = 650 mm f'c = 250 Kg/cm2 Concreto:

Pu

c.- Barras de anclaje: Dist. al borde en X: Dist. al borde en Y: Área de apoyo:

ED1 = 50 mm ED2 = 60 mm Abrg = 70,00 cm2

A193 Gr B7

- Acero:

Mu Fur = 8788

Esfuerzo último:

Número de filas de pernos en X:

4

en Y:

V Vu

4

tp

CONFIGURACION DE ANCLAJES EN LA PLANCHA FILA

dr (pulg)

dh (mm)

nrod

nrod.Arod

X

1 2 3 4

7/8 7/8 7/8 7/8

27 27 27 27

4 2 2 4

15,52 7,76 7,76 15,52

210 90 -90 -210

d.- Definisión de cargas:

CASO C CP CV SH

CASOS BASICOS DE CARGA P (Kg) M (Kg-m) 85 32 85,32 62188 00 62188,00 12787,00 44,23 123,17 15112,00

Base Plate SMF 1.0

Kg/cm2

hs1

e.- Soldadura: - Tipo de electrodo: V (Kg-m) 775 00 775,00

Resistencia límite a tracción:

E70XX FEXX = 4920 Kg/cm2

250,00 10354,00

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Analisis y diseño por estados limites de bases de columna en porticos especiales resistentes a momento (SMF).

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Cargas de diseño, según AISC 341-05, Sec. 8.5. De acuerdo con la sección 8.5. del codigo AISC 341-05, se podrán tomar las menores de las solicitaciones resultantes de los siguientes casos: a) Para desarrollar la capacidad a flexión de la columna:

Pu 

55969,20 Kg-m

Ry = 1,5

Mu  1.1R y Fy Z 

86233,39 Kg-m g

Vu  2 R y Fy Z / H 

52262,66 Kg

(Ver tabla I-6-1 de AISC 341-05)

H

b) Para alcanzar la cedencia a flexión en las vigas del portico (combinaciones de diseño incluyendo el sismo amplificado): Combinación critica:

Vu (Kg-m) 32117,00 31867,00 31759,50 -30364,50 30364 0

Combinación Pu (Kg) Mu (Kg-m) 1.2CP + γCV + ΩoSH 81388,61 45460,50 1.2CP + γCV - ΩoSH 80649,59 -45211,50 0.9CP + ΩoSH -45259,21 56338,71 55599,69 99 69 45412,79 4 412 9 0.9CP - ΩoSH Ω0 = 3 (Factor de amplificación para porticos tipo SMF) γ = 0,5 (Factor de participación la carga variable)

Pu 

0.9CP + ΩoSH

56338,71 Kg

Mu  45259,21 Kg-m

50 K 31759,50 Kg Vu  31759

Pu  56338,71 Kg

Utilizar fuerzas del caso

- Fuerzas para el diseño:

Mu  45259,21 Kg-m

b

Vu  31759,50 Kg

Verificación de la resistencia al aplastamiento del concreto y tracción de las barras de anclaje: - Compresión pura en el diagrama de interacción:



f p   0.85 f c' A2  2  1,48 A1



A2  A1

- Tracción pura y corte en el diagrama de interacción:

Fnt 

203,95 Kg/cm2



3515 Kg/cm2

 Fnt  Fnv

Pnt   1 .3 Fnt  n rod Arod  Vu 

(Factor de confinamiento)

Pn  f p  N  B 

Fnv 

6591 Kg/cm2



Pnt  239,63 Ton

456,03 Ton

Pnt 

>

Pn  230,14 Ton

Para Ф = 0,65

    Pnt 

230,14 Ton

Para Ф = 0,75

Digrama de interacción

500

- Resistencia del conjunto a flexo-compresión:

400

57,21 21 Ton Pn = 57 Mn = 45,99 Ton-m

300

> >

PU = 56,34 56 34 Ton MU = 45,26 Ton-m

P (Ton)

200 Ratico = 0,98

Pn, Mn

0 -100

El diseño es satisfactorio

Pu, Mu

100

0

10

20

30

-200 -300

M (Ton-m)

Base Plate SMF 1.0

40

50

- Máxima tracción en los pernos para el estado límite de agotamiento del conjunto:

T  76712,17 Kg T  Trod  nrod

19178,04 Kg

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Cáculo del espesor requerido para la plancha base: Del diagrama de interacción:

Pu

Y = 186,08 mm

a.- Flexión de la plancha en la interfase de compresión:

m

N  0 .95 d  2

n

108 mm

X

B  0 . 8b f



2

m

0.95d

95 mm

Mu

Flexión de la plancha en dirección a m:

Para Y  m :

Para Y  m :

 m2 M p  f p   2

   11894,36 Kg-m/m 

fp

Y  M p  f p Y  m    N.A. 2 

q

T

Y N

Flexión de la plancha en dirección a n:

 n2    9203,24 Kg-m/m M p  f p   2  b.- Flexión de la plancha en la inerfase de tensión:

x

N d tf 2

 ED1 

Mp 

60,25 mm

T x  10748,62 Kg-m/m B

c.- Espesor de la plancha base, (AISC 360, Cap F, Sec F.1.1)

M P  11894,36 Kg-m/m t p ( req ) 

4M

p

0 . 9 F yp

Base Plate SMF 1.0



45,71 mm

Espesor seleccionado

tp =

50 mm

Ratio = 0,91

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Diseño del mecanismo de anclaje, según ACI 318-08, Apendice D y Capitulo 12 Para evitar una falla fragil en el mecanismo de anclaje con el concreto, se diseñará para desarrollar la capacidad a tracción de los conectores.

N ua  Fnt Arod nrod 

76712,17 Kg

a.- Acero de refuerzo suplementario en el pedestal y longitud de embebimiento de las barras de anclaje:

- Area de acero suplementario requerida:

- Configuración del refuerzo:

Area de acero adicional en el pedestal a ser colocada a cada lado de la superficie potencial de falla del concreto para desarrollar la cedencia en tracción de los conectores.

Usar barras Nº: Cantidad de barras a colocar:

N ua A req   20,29 cm2 0.90 f y

7 6

7/8'' 22,23 mm db =

db =

Separación entre barras

S = 118,64 mm

Area de acero proporcionada:

A = 23,33

Se han colocado 6 barras Nº 7 a cada lado

- Longitud de desarrollo del acero de refuerzo por encima de la superficie de falla del cono de extracción del concreto: - CASO a: Longitud de desarrollo requerida sin ganchos estandar:

N ua

  fy ld   t e s  db 3,5 f ' c  cb  K tr     d beq    cb  minr 'c , S 2 

59,32 mm

cb  K tr  2,67 d beq

2,5

>

N ua

Factores de modificación: (a) (b) (c) (d)

Usar =

t  e  s 



1,3 1 1 1

2,50

- CASO b: Longitud de desarrollo requerida con ganchos estandar:

l d  0,075  e dh  fy  d beq / Usar gancho estandar:

dh 

f 'c Si

0,8

l d  354 mm

- Longitud de embibimiento de las barras de anclaje: Separación máxima entre las barras de anclaje y las barras de refuerzo:

hef  L d  r ' c   g 1 .5  

Base Plate SMF 1.0

g

95,00 mm

488 mm

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b.- Resistencia de diseño para solicitaciones de tracción (ФNn), (ACI 318, Ap. D, Sec D.5) - Resistencia a la extracción por deslizamiento de un anclaje en tracción (ФNpn), (ACI 318, Ap. D, Sec D.5.3) Para Ф = 0,75 N pn   c. P N p N p  8nrod Abrg f c  560000,00 Kg  c, P  1 (En los bordes del pedestal puede haber fisuración)

N pn 

420000,00 Kg

- Resistencia al desprendimiento lateral del concreto (ФNsb), (ACI 318, Ap. D, Sec D.5.4)

C a1 

PN

N  ED 1  2

Ca2 

165 mm

PB  B   ED 2  2

170 mm

S rod 

103 mm

Nsb

Para un solo anclaje:

C a1  0 .40 hef

Aplica para:

f c 

N sb  42,5c a1 Abrg

165 mm

<

0,51

; de lo contario    1

donde  1  c a 2 c a1  3

   N sb  N sb

Aplica

92766,66 Kg

si  c a 2  3c a1    1  c a 2 c a1  4 

Factor de modificación:

195,2 mm

35314,58 Kg

  0,51 Para Ф = 0,75

Para el grupo de anclajes:

C a1  0 .40 hef

Aplica para:





S

N sbg   1  rod  N sb  6c 

a1



y

S rod  6 c a 1

76837,03 Kg

Aplica

Para Ф = 0,75

- Resumen de resistencias: 420000 00 Kg ( ФNpn ) = 420000,00 ( ФNsbg ) = 76837,03 Kg

Resistencia al deslizamiento de un anclaje: Resistencia al desprendimiento lateral del concreto:

Por lo tanto:

Base Plate SMF 1.0

N n 

76837,03 Kg

>

76712,17 Kg

OK

( Valor determinante )

Ratio = 1,00

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Diseño de la llave de corte (Shear Lug): Espesor del mortero de nivelación: Altura del Shear Lug: Lungitud del shear Lug: Profundidad de empotramiento:

G = 25 mm hlug = 120 mm blug = 300 mm

d lug  h lug  G 

95 mm

Alug  blug  d lug 285

Área de aplastamiento:

cm2

a.- Chequeo del aplastamiento en el concreto, (ACI 349, Ap. D, Sec D.4.6.2)

0,8 f c Alug 

57000,00 Kg

>

Vu  31759,50 Kg

OK

Ratio = 0,56

b.- Chequeo para el corte actuando contra el eje del pedestal, (ACI 349, Ap. D, Sec D.11.2)

Vn   4 f c Av  Vu

Para Ф = 0,75

( ACI 349, Sec D.11.2)

Av 

Área del plano de falla excluyendo el área de aplastamiento del Shear Lug:

V n 

97323,05 Kg

>

Vu 

31759,50 Kg

2051,75 cm2

OK

Ratio = 0,33

c.- Diseño a flexión, espesor requerido para el Shear Lug, (AISC 360, Cap F, Sec F.1.1)





M lug  Vu G  d lug 2 

4 M lug

tlug ( req ) 

0.9bug Fyp

2302563,75 Kg-mm

28,50 mm

t lug 

Espesor seleccionado

31 mm

Ratio = 0,92

d - Diseño a corte, d.corte (AISC 360, 360 Cap G, G Sec. Sec G.2.1) G 2 1)

Vn   0.6 Ag Fyp  Vu V n 

127056,60 Kg

>

Para Ф = 0,90

Vu 

31759,50 Kg

OK

Ratio = 0,25

e.- Diseño de la soldadura para el Shear Lug, (AISC 360, Cap J, Sec. J.2.4)

Fw  0,75  0,60 F EXX 

Esfuerzo de diseño de la soldadura:

Espesor tentativo de la soldadura:

Dw = 8 mm

S  t lug  2

Dw  3

2214 Kg/cm2

36,33 mm

Fuerzas de diseño por unidad de longitud de soldadura:

fc 

M lug blug S



211,24 Kg/mm



fv 



Vu  105,87 Kg/mm blug

Rn  Fw Dw 2 1.0  0.50 sin1.5   Fw Dw 2 1.5 

Base Plate SMF 1.0

fr 

fc  fv  2

375,73 Kg/mm

2

>

236,29 Kg/mm

fr

OK

Ratio = 0,63

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