Memoria de Calculo - Diseño Tijeral

ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE HANGAR: “DISEÑO EN ACERO Y MADERA-EC….”

Figura 1.

Modelo matemático de HANGAR METÁLICO en SAP 2000

INTRODUCCIÓN El presente trabajo consiste en sustentar el análisis y diseño de la estructura metálica, para lo cual se empleó los criterios indicados en la Norma E090 de Estructuras Metálicas, Norma E020 Cargas, además de considerar criterios incluidos en la norma internacional AISC 360. Al respecto, el criterio que se ha empleado corresponde a proyectar una cobertura metálica, conformada por tijerales que poseen una brida superior y brida inferior de perfiles 2Ls, viguetas de celosía. A continuación se explica las consideraciones adoptadas en el análisis, como así el procedimiento de diseño de la estructura en mención. 1. ASPECTOS GENERALES 1.1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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Se tomaron en cuenta las siguientes propiedades para el análisis estructural y posterior diseño: 1.1.1. ACERO Peso unitario: Esfuerzo de Fluencia: Esfuerzo de Tensión último: Módulo de Elasticidad: Módulo de Poisson:

γc = 7850 Kg/m3 fy = 36 ksi fu = 58 ksi Ec = 2E+06 Kg/cm2 uc = 0.30

1.1.2. SOLDADURA Electrodos:

Fexx = 60 ksi (E070 XX–AWS, para acero

liso) Fexx = 60 ksi (E070 XX–AWS, para acero corrugado) 1.1.3. PERNOS Pernos Alta Resistencia A325: Fnt = 90 ksi (Esfuerzo Nominal en Tracción) Fnv = 54 ksi (Esfuerzo Nominal en Corte) Pernos Alta Resistencia A490: Fnt = 113 ksi (Esfuerzo Nominal en Tracción) Fnv = 68 ksi (Esfuerzo Nominal en Corte) 1.2. CARGAS ACTUANTES Para el análisis de la cobertura metálica, se consideraron las cargas de gravedad establecidas en la Norma E.020 de Cargas, mientras que para la consideración de las cargas de viento, se consideraron los procedimientos también indicados en la Norma E.020 de Cargas. Para el diseño de los Elementos se consideraron los procedimientos y recomendaciones indicadas en la Norma E0.90 Estructuras Metálicas y la Norma AISC 360-10 Specification for Structural Steel Buildings.

1.2.1. Cargas Gravitacionales   

Cargas Muertas (D): Cobertura Metálica + Peso Propio + Acabados Carga Viva de Techo (Lr): Según NTP. E020 Carga de Viento (W): Según NTP. E020 – Artículo 3.7

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==>

Según Material y sección

==>

30 Kg/m2

==>

Según NTP E020

Figura 2.

Asignación de Cargas Viva (Lr) en modelo 3D

Figura 3.

Asignación de Cargas de Viento 1A y Viento 1B (W) en modelo 3D

Figura 4.

Asignación de Cargas de Viento 2A y Viento 2B (W) en modelo 3D

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1.3. COMBINACIONES DE DISEÑO Para el diseño de la cobertura metálica, se consideraran las siguientes combinaciones de cargas indicadas en el Artículo 1.4 de la Norma E.090 Estructuras Metálicas.      

1.4D 1.20D + 1.6L 1.20D + 1.3W + 0.5Lr 0.9D + 1.3W 0.9D - 1.3W 1.2D + 1.6Lr + 0.8W

1.4. COMBINACIONES DE CONTROL DE DEFLEXIÓN – CARGAS DE SERVICIO Para verificar que las deflexiones ocurridas no superen los requisitos indicados en la Norma E.090 de Estructuras Metálicas Capitulo 12, se empleará la siguiente Combinación: 

D+L

1.5. HERRAMIENTA DE ANÁLISIS Se ejecutó el análisis de la cobertura metálica en el programa computacional SAP 2000, usando un modelo matemático que representa sus características estructurales (ver Figura 01). 2. ANALISIS Y DISEÑO DE ELEMENTOS DE COBERTURA METÁLICA Posteriormente a la asignación de cargas y análisis realizado con apoyo del programa SAP 2000, se obtuvo la siguiente envolvente de Fuerzas Axiales, para la brida superior, brida inferior, montantes, diagonales y viguetas de la cobertura metálica.

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Figura 5.

Envolvente por fuerzas axiales para elementos que conforman la cobertura metálica.

Se procedió al diseño de los elementos indicados anteriormente, para esto se empleó el módulo que posee el SAP, se consideraron secciones 2Ls para los elementos estructurales, además se ha considerado trabajar sobre ratios por debajo del 95%.

Figura 6.

Secciones asignadas a los elementos estructurales

Figura 7.

Ratios obtenidos de Modulo de diseño del SAP 2000

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Figura 8.

Estructura Metálica con secciones asignadas a los elementos estructurales

Figura 9.

Fuerzas Axiales en tijeral principal de la estructura metálica.

2.1. DISEÑO DE BRIDA INFERIOR Elemento en Tracción: Se consideraran las especificaciones dadas en el AISC 360-10 – Capitulo D: Design of Members for Tension Fuerza Axial Máxima PU = 17.25 Ton (Tracción) ∅t Pn=∅t F y A g=0.9 x 36 x 70 x 18.55=42071 Kg=42.07 Ton ∅t Pn ≥ Pu OK

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Figura 10.

Propiedades de sección asignada a Brida Inferior – 2Ls 3”x3”x1/4”

2.2. DISEÑO DE BRIDA SUPERIOR Elemento en compresión: Se consideraran las especificaciones dadas en el AISC 360-10 – Capitulo E: Design of Members for Compression Fuerza Axial Máxima L = 1.96 m Ag = 18.55 cm2

PU = 20.22 Ton (Compresión)

rx = 2.36 cm ry = 3.53 cm

Figura 11.

L =83.05 ≪200 OK rx L =55.52≪ 200OK ry

Propiedades de sección asignada a Brida Superior – 2Ls 3”x3”x1/4”

VERIFICACIÓN POR ESBELTEZ: F K Lx E =83.05 ≤ 4.71 =133.68 entonces F cr = 0.658 F F y =2 5.04 ksi rx Fy π2 E Fe = =41.49 ksi 2 KL r

√

(

( )

∅ P n=∅ F cr A g=0.9 x 25.04 x 70 x 18.55=29.26 Ton ∅ P n ≥ Pu OK

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y e

)

2.3. DISEÑO DE VIGUETA DE CELOSIA

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2.4. VERIFICACIÓN POR CARGAS DE SERVICIO A continuación se verificará que la máxima deflexión en la cobertura metálica no supere el máximo permitido (L/360). Esta verificación se realiza empleando la combinación D + L r

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Figura 12.

Máxima deflexión ubicada en nudo de Brida Inferior, siendo esta 1.39 cm.

Se observa que: L 2316.5 cm 1.39 cm ≪ = =6.43 cm OK 360 360 Posteriormente al análisis y diseño de cada elemento que conforma la cobertura metálica, se presenta las secciones asignadas a cada elemento de Cobertura metálica. Tabla 1. Perfiles de los Elementos Estructurales

Elemento

Tijeral 1

Brida Superior

2Ls 3” x 3” x 1/4”

Brida Inferior

2Ls 3” x 3” x 1/4”

Montante

2Ls 21/2” x 21/2” x 1/4”

Diagonal

2Ls 21/2” x 21/2” x 1/4”

Vigueta

de

celosía Tensor arriostre

para

Según 2.3 Ø 1/2”

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