Primeros Pasos Con SAP2000

PRIMEROS PASOS CON SAP2000

Primeros Pasos con SAP200

INDICE INDICE ................................................................................................................. 2 CREAR UNA ESTRUCTURA CON SAP2000................................................ 3 1. CREANDO LA ESTRUCTURA. a. b. c. d.

3

Estructura a partir de rejilla (grid).................................... 3 Algunos botones y menús de interés al dibujar. .............. 4 Rejillas a partir de Plantilla. ............................................. 4 Importanto dibujos .dxf desde AUTOCAD..................... 6

2. CREANDO Y ASIGNANDO LAS CONDICIONES PARA NUESTRO DIBUJO 6 a. b. c. d. e.

Creando las secciones que después utilizaremos. ............ 6 Creando y Configurando las cargas ................................. 8 Asignando Secciones a las barras .................................. 10 Asignando Restricciones y apoyos a tierra .................... 11 Asignando Cargas .......................................................... 12

3. CONDICIONES DE ESTUDIO, REALIZACIÓN DE ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN. ........................................................................................... 15 a. b. c. d.

Restricciones de estudio y otras observaciones ............. 15 Ejecución del análisis..................................................... 17 Interpretación del análisis .............................................. 19 Presentación de resultados ............................................. 23

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Primeros Pasos con SAP200

PRIMEROS PASOS CON SAP2000 Con este manual no se pretende ser exhaustivo, simplemente busca como iniciarse en este magnifico programa de cálculo estructural. No tiene ejercicios, ni ejemplos. Hay otros manuales en la red que los poseen, que son más completos y complejos, que proporcionarán esa tarea. De hecho se recomienda que se haga, ya que estas páginas únicamente buscan el que, a personas que no conocen este programa, les sirva como guía en sus primeros momentos. Con imágenes aclaratorias y textos lo más escuetos posibles se busca el dar los primeros pasos en este programa, o en su caso, servir de recordatorio a aquellos que lo vieron hace un tiempo y quieren una forma rápida de recordarlo. Sin pretensiones técnicas o de formación superior, es un manual eminentemente para principiantes, por lo que se ruega encarecidamente a aquellos que esperan su uso para fines profesionales que se prosiga la formación con otros manuales o con academias técnicas que impartan cursillos para este programa, que es realmente muy interesante. Que os sea útil y ligero. Un saludo.

1. CREANDO LA ESTRUCTURA. a. Estructura a partir de rejilla (grid). A partir de los nodos, formados por la intersección de las rejillas se pueden crear estructuras. Si queremos cortar (p.e. para una cercha), barras verticales con líneas inclinadas (los faldones), deberemos tirar la línea hacia arriba, y después seleccionar:

las barras verticales y la diagonal que las corta. Hacemos EDIT >> DIVIDE FRAMES, y en el menú que aparece seleccionamos BREAK AT INTERSECTIONS..>> OK. Con ello se crean nuevos nodos en la intersección de las barras. Eliminamos las barras que no sean necesarias.

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b. Algunos botones y menús de interés al dibujar. Crear una barra, utilizando como punto de selección (recomendable) la posición SNAP –selector automático- que esté establecida en la barra de ese tipo (abajo) Seleccionar todo Seleccionar lo anterior Limpiar la selección Seleccionar todo lo intersectado por una recta que dibujaremos Herramienta de selección SNAP : -Intersección de rejilla -Puntos intermedios y finales -Intersecciones -Perpendiculares -Lineas y puntos Además, el menú SELECT permite otras opciones (por ventana, por sección…

c. Rejillas a partir de Plantilla. Seleccionando en el menú: FILE >> NEW MODEL FROM TEMPLATE ..

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Accedemos a un menú en el que nos aparecen las estructuras más frecuentes, seleccionando la que más se aproxime a nuestras necesidades:

Para adecuar a nuestras necesidades la estructura creada automáticamente, deberemos editar la rejilla para proceder a dibujar como en el caso descrito para dibujar a partir de la rejilla. Para editarla, acudimos al menú: • DRAW >> EDIT GRID..

Un submenú nos permite, seleccionando coordenada por coordenada, las nuevas líneas a introducir en cada una. Las escribiremos, y para que aparezcan deberemos darle a ADD

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Primeros Pasos con SAP200 GRID LINE (al hacerlo, aparece en la ventana en gris el número nuevo introducido). También podemos, seleccionando en la ventana en gris y después en DELETE GRID LINE, borrar una línea de la rejilla.

d. Importanto dibujos .dxf desde AUTOCAD. Este programa, toda una joyita, nos permite también dibujar más cómodamente nuestra estructura en AUTOCAD, y después, si la exportamos en formato DXF (seleccionando formato para R12 Cad o anteriores), lo podremos ver tal cual en SAP 2000, aunque hay que hacer unas salvedades: -Debemos tener un cuidado exquisito con las unidades utilizadas en autocad y las que aparecen en la esquina inferior derecha de SAP 2000, debiendo coincidir. -Así mismo, se deberá cuidar cuales son las coordenadas de los orígenes del dibujo. -Para facilitar el proceso, se recomienda poner las líneas de cad (que se corresponderán con las barras –frames- de SAP) en una capa diferente del resto. Con ello conseguimos, a la hora de importar, identificar claramente cada parte. Incluso se puede, si dividimos lo que deseamos importar en varias capas, hacer importaciones sucesivas, de manera que importamos una capa, trabajamos con ella y después importamos otra…

2. CREANDO Y ASIGNANDO LAS CONDICIONES PARA NUESTRO DIBUJO En general, el programa realiza dos actividades de diseño básicas: • CREAR: por un lado crea el entorno (dibujos, secciones, restricciones… • ASIGNAR: y por otro lado combina y relaciona las partes para que se comporten como es esperado

a. Creando las secciones que después utilizaremos.

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Primeros Pasos con SAP200 En realidad, más que crearlas, las importamos y las dejamos listas para después importarlas. Hay una forma especial que permite, en lugar de asignar una única sección, optar por un conjunto de ellas, entre las cuales el programa seleccionará la menor que cumpla con las condiciones de uso fijadas. Vamos por partes: •

SELECCIONANDO UNA SECCIÓN CUALQUIERA. En el menú principal hacemos: DEFINE >> FRAME SECTIONS, Apareciéndonos un submenú para importar las secciones Hacemos clic a en la flecha del cuadro combinado (IMPORT), seleccionando el tipo de perfil a utilizar: • Wide Flange (IPN, HEB) • Tee (T) • Angle (L) • Doble Angle (2L) • … Deberemos buscar archivos con extensión .pro, presentes en el directorio de instalación del programa “c:/Computer and structures/sap2000 nonlinear”, seleccionando, según la normativa vigente, el que deseamos (euro.pro, p.e.) Nos aparecerá un listado de los perfiles existentes, mediante el ratón y los botones MAYS o/y CONTROL, podemos llevar a cabo selecciones simples o múltiples (muy útiles si no sabemos –lo mas normal- en perfil que cumplirá con la norma y deseamos hacer un muestreo con varios –explicado más adelante-)

Presionamos OK, y nos aparece la ventana con los datos de alguno de los perfiles. Utilizando el cuadro combinado podemos acceder a cualquiera de los otros perfiles seleccionados. 2 OK’s más y tendremos nuestras secciones dispuestas para ser asignadas a una barra.

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CREANDO UN GRUPO DE SECCIONES PARA SU ESTUDIO (IMPORTANTE). En ocasiones, lo único que tenemos claro en nuestro diseño es el tipo de perfil que vamos a utilizar, pero no sabemos las dimensiones del mismo. En estos casos, tras hacer una selección dentro el rango de perfiles en que estimamos que estará el nuestro, podemos crear un nuevo tipo de perfil especial, que contiene a los otros y que forzará al programa a hacer un estudio buscando el perfil más conveniente: Nuevamente haremos : DEFINE >> FRAME SECTIONS … Y en el menú que nos mostraba, esta vez acudimos a seleccionar dentro del segundo cuadro combinado la opción ADD AUTO SELECT

Nos aparece un nuevo menú, en el cual podemos seleccionar los perfiles que deseemos (mediante ADD y REMOVE, añadiendo o quitando al cuadro AUTO SELECTIONS), así como cambiar el nombre de este nuevo perfil especial (AUTO SECTION NAME). Una vez presionado OK, aparecerá una nueva sección, con el nombre que nosotros hayamos escogido (por defecto AUTO1), y que al ser asignada, provocará el chequeo con todas las secciones que contenga.

b. Creando y Configurando las cargas Antes de asignar las cargas, bien sea a los puntos, bien sea a las barras, es interesante echar un vistazo a los coeficientes que actúan en las cargas propias (las de las barras), si es que las vamos a considerar, así como a la naturaleza de las cargas, ya que se nos permite asociar las cargas según tipos (muertas, vivas, móviles, terremotos…).

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Primeros Pasos con SAP200 Para Cargas estáticas, seleccionamos: DEFINE >> STATIC LOAD CASES…

El menú nos muestra entre los distintos tipos de agrupaciones de fuerzas que podemos recrear. Para las barras que se asocien a los pesos muertos (DEAD), existe un multiplicador de peso propio (SELF WEIGHT MULTIPLIER), coeficiente que puede anular (0)o sobrecargar el efecto de las barras (>1). Mediante ADD NEW LOAD y CHANGE LOAD se pueden añadir o cambiar grupos de cargas. Si quisiéramos alguna casuística especial, como es el caso de CARGAS MOVILES (no confundir con cargas vivas), la podríamos crear mediante la opción del menú para cargas moviles

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Primeros Pasos con SAP200 c. Asignando Secciones a las barras Es el menú ASSIGN en sus diversas opciones, el lugar desde el que se controlan las condiciones estructurales que tendrán nuestros puntos y barras, así como las cargas que sobre ellos actúan. Para que se habiliten los menús, Es necesario que se seleccionen previamente las barras (FRAME) o puntos (JOINT) sobre los que se quiere actuar en la asignación.

Para los PUNTOS, se pueden asignar constricciones y restricciones. Para solidificar (o conseguir un punto intermedio que tiene asociado un apoyo, se deben seleccionar el/los punto/s intermedio/s y las barras entre el/ellos, deberemos hacer, tras esta selección: ASSING >> JOINT >> CONSTRAIN >> ADD WELD (soldadura). Aceptaremos los datos de soldadura que nos ofrecen.

Para las BARRAS, el proceso es similar, seleccionamos las barras y asignamos la sección que deseamos para ellas, teniendo la posibilidad, si hemos creado ese tipo de sección, de asignar un grupo de secciones de estudio. En ocasiones, no es suficiente con asignar una sección a una barra, además debemos orientar la sección según determinados criterios, para ello debemos acudir a ASSIGN >> FRAMES >> LOCAL AXES >> y entonces escogemos el ángulo que queremos que gire los ejes YZ en torno a eje X (p.e. 90 º cambia los ejes: Y pasa a

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Primeros Pasos con SAP200 ser Z e Z pasa a ser –Y.

Nota: La sección siempre se orienta en función de cuales sean los ejes locales de la barra en la que se sitúa, y según la figura que nos ofrece cuando la importamos.

1=X ; 2=Y; 3=Z

d. Asignando Restricciones y apoyos a tierra Es necesario asignar un tipo de apoyos a tierra colocado en los extremos de nuestras barras, y además deberemos otorgar unas restricciones de movimientos y momentos para conseguir obtener unos apoyos fijos, móviles, empotrados… Para ello, seleccionamos los puntos sobre los que situaremos los apoyos, y les indicamos las restricciones que sobre ellos se producen. ASSIGN>>JOINT

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Primeros Pasos con SAP200 >>RESTRAINTS… Y en el menú que nos aparece, podemos restringir uno a uno los movimientos (TRANSLATION) o los momentos (ROTATION) en alguno de los ejes. También podemos introducir las restricciones de forma automática presionando los botones que aparecen en FAST RESTRAINTS. A este menú se puede acceder también desde una opción de la barra de herramientas (previa selección de los puntos). Ejemplos e interpretación: U1 – Restricción en el movimiento Eje X U2 – Restricción en el movimiento Eje Y U3 – Restricción en el movimiento Eje Z R1 – Restricción en el giro –momento- Eje X. No gira en el plano YZ R2 – Restricción en el giro –momento- Eje Y. No gira en el plano XZ R3 – Restricción en el giro –momento- Eje Z. No gira en el plano YX

Restricciones en un apoyo fijo (2 Dimensiones) Restricciones en un apoyo movil (2 dimensiones) Empotramiento (2 D)

e. Asignando Cargas Las cargas se pueden asignar a los puntos o a las barras, y encuadrarse dentro de uno de los grupos creados previamente. Como siempre, lo primero de designar los puntos o barras a los que se van a asignar las solicitaciones.

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Para puntos, tras seleccionarlos, acudimos al menú ASSIGN >> JOINT STATIC LOADS…

El Menú que nos aparece nos permite; • seleccionar el grupo al que pertenece mediante el cuadro combinado LOAD CASE NAME • Colocar fuerzas o momentos en el punto orientadas en alguno de los ejes (el signo de la carga indica su dirección ) • Borrar, reemplazar o añadir cargas a otras ya existentes.

A este menú también se puede acceder mediante la barra de herramientas.

Para Barras, el menú es más complejo, ya que hay más posibilidades.

Las cargas pueden ser de Gravedad, Puntuales y uniformes, trapezoidales, por temperaturas o fatiga de materiales. Para cada una hay un menú. Generalmente usaremos las tres primeras.

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Gravedad: Permite introducir nuevos coeficientes a las cargas propias de los elementos constructivos.

Puntuales y Uniformes: Colocación de cargas o momentos en un punto de la barra o en toda ella, de forma uniforme.

Trapezoidal: Se indica secuencialmente posición inicial, intermedias y final de la carga. Si existe algún tramo inicial o final con carga nula, se hace coincidir el punto (DISTANCE) inicial (o final) con el punto intermedio 2 (o punto intermedio 3), mientras que el valor de la carga (LOAD) será 0 . Ejemplos:

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3. Condiciones de estudio, realización de análisis e interpretación. Será el resultado obtenido y su interpretación el objetivo fundamental de nuestras actuaciones. Si en todo el proceso anterior era necesario tener algún conocimiento de física, mecánica o materiales, es en esta parte donde estos conocimientos, y la experiencia a ellos asociada absolutamente vital. La verdad es que el programa (cualquier programa de cálculo estructural) no es sino una ayuda, pero somos nosotros los que verdaderamente decidimos y valoramos los resultados.

a. Restricciones de estudio y otras observaciones Antes de comenzar con el proceso de análisis computacional propiamente dicho, se deben comprobar varias opciones, a fin de obtener unos resultados adecuados: Control de las constantes físicas de los materiales: Índice de elasticidad, limite de rotura, coeficiente de Poisson… Para ello acudiremos a DEFINE >> MATERIALS…

Donde nos aparece un submenú en el que podemos elegir entre CONC (concrete – hormigón), OTHER (otro), STEEL (acero). Podemos ver sus características, añadir o borrar el material.

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Estas son las opciones para el Acero, cuyos valores se dan en función de las unidades que tengamos seleccionadas (en este caso Toneladas y metros). Importante el considerar el valor de rotura del acero Fy (Steel yield Strees, o módulo de rotura), entre otros.

Control de las condiciones de cálculo. Se puede facilitar el proceso mediante restricciones espaciales, que reducen las ecuaciones y asegura un proceso rápido.

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Primeros Pasos con SAP200 ANALYZE >> SET OPTIONS… Nos permitirá seleccionar entre varias posibilidades, en función de nuestras necesidades (o bien acogernos a formas manuales de restricción). AVALIABLE DOF’s recoge los planos y rotaciones a estudiar. FAST DOF’s establece opciones rápidas en el que se eliminan condiciones. (P.e., para trabajo en 2 dimensiones y verticalidad, seleccionamos PLANE FRAME).

b. Ejecución del análisis Para estudiar el proceso, seleccionamos ANALYZE >> RUN (o RUN MINIMIZED) Si no hemos grabado nuestro trabajo, nos pedirá un nombre y una ubicación. Se recomienda, dado que son muchos los archivos que crea, asociados al descriptivo de la geometría, utilizar una carpeta nueva para cada uno de ellos, a fin de tenerlos separados fácilmente.

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Primeros Pasos con SAP200 Tras finalizar el proceso, nos aparece una ventana de este tipo, que contiene los datos del proceso. Caso de haber algún problema, nos generará un mensaje de error, en otro caso, se suele ver la frase ELEMENTS SAVED. Tras presionar OK, nos genera (si todo va bien), una imagen de la deformación ficticia producida por las cargas.

Modelo Desbloqueado (Permite diseñar o cambiar barras o solicitaciones)

Modelo Bloqueado (No permite diseñar ni cambiar nada)

Tras este momento, diversos menús se bloquean (los de diseño, y otros se habilitan, los de resultados). Esto queda presente en la barra de herramientas, donde el botón del candado aparece activado ahora.

Si tras conseguir unos resultados quisiéramos cambiar algo de nuestra estructura, deberemos desbloquear nuestro diseño, nos aparecerá un mensaje de advertencia, y volveremos a nuestro diseño de retícula (habilitándose los menús de diseño y deshabilitándose los de resultados).

Mensaje de aviso de que borrará los resultados del análisis para poder desbloquear el diseño.

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La opción de desbloqueo se controla desde el menú mediante la secuencia OPTIONS >> LOCK MODEL

c. Interpretación del análisis Los resultados se presentan según diversas ventanas gráficas, asociadas mediante el botón derecho a submenús que nos explican numéricamente los resultados.

Para conocer las REACCIONES EN LOS APOYOS, deberemos realizar DISPLAY >> SHOW ELEMENT FORCES/STRESSES

En el submenú que aparece, seleccionamos las cargas a verificar y el tipo (por defecto REACTIONS), presionamos OK y nos aparecerán reacciones y momentos (flecha de doble punta) en función del tipo de apoyo escogido.

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Para conocer los esfuerzos y momentos de las barras acudimos a otro submenú, llamándolo con la opción FRAMES de DISPLAY >> SHOW ELEMENT FORCES/STRESSES

En este submenú vemos diversas posibilidades para mostrar gráficos: Axial Force – Esfuerzos axiles (eje 1 ó X) Shear 2-2 – Esfuerzo Cortante (eje Y ó 2) Shear 3-3 –Esfuerzo Cortante (eje Z ó 3) Torsion – Momento torsor (eje 1 ó X) Moment 2-2 – Momento flector (eje Y ó 2) Moment 3-3 –Momento flector (eje Z ó 3)

Diagrama de esfuerzos axiles (Axial Force), en rojo- Tracción, en amarillo – compresión. Con el botón derecho sobre cada barra, podemos acceder a diagramas individuales de cada una.

Aspecto del diagrama individual de la barra 4 , tras presionar con ella con el botón derecho en el diagrama de momentos flectores (abajo)

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Para el caso de esfuerzos cortantes en torno al eje Y (SHEAR 2-2), los resultados fueron estos (amarillo +, rojo )

Diagrama de momentos flectores de las barras.

Mucho mas definitivo, a efectos de resultados, es estudio de las relaciones entre los esfuerzos realizados y los tolerables:

En el menú DESIGN >> START DESIGN/CHECK OF STRUCTURE

Nos aparece un gráfico graduado por colores, en el que se toma los colores más claros para relaciones favorables, mientras que los colore rojos aparecen cuando los esfuerzos de la barra son superiores a la unidad (E. Reales > E. Tolerables). Está claro, si vemos rojo en alguna barra, deberemos cambiar esa sección.

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Primeros Pasos con SAP200 Con el botón derecho sobre cada barra, accedemos a los datos numéricos sobre la relación, pudiéndola ver detalladamente, e incluso rediseñar la barra con secciones diferentes, comprobando los resultados.

Los detalles de calculo (los esfuerzos reales –STRESS- y los permitidos – ALLOWABLE -, y la relación entre estos marca el color de la barra.

Detalle de la relación Esfuerzo real/Esfuerzo tolerable (0.419 ) y sus sumandos (Relación Axial + relación Momento Flector eje Principal +Relación Momento Flector eje secundario) * ver relaciones abajo:

0.085/1.378=0.061 0.543/1.519=0.357 0/1.898=0.000 0.419

Relación Axial Relación MF principal (Major Bending) Relación MF secundario (Minor Bending) Total de la relación

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Es posible controlar el número de secciones de las que se muestran estos resultados para cada barra mediante ASSIGN >> FRAMES >> OUTPUT SEGMENTS

d. Presentación de resultados Para finalizar el proceso, (una vez el diseño de barras es el adecuado –las relaciones son inferiores a 1 en todas las barras-), será necesario plasmar los datos en papel. Quizá sea aquí donde el programa (a mi corto entender), falla un poco. Aunque propone soluciones gráficas y de datos, no son todo lo funcionales que sería de esperar. Veremos ahora algunas de esas opciones y como tratarlas para conseguir paliar, en parte, el “pero” de este gran programa: Obtener un listado de puntos y barras con sus coordenadas en una hoja de EXCEL:

Seleccionamos todo: SELECT >> SELECT >> ALL Lo copiamos (EDIT >> COPY), Y lo pegamos en una hoja de Excel. Nota: Las barras se definen por su punto inicial y final.

Obtener un listado de barras, secciones y longitudes asociadas, en ACCESS o EXCEL:

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Primeros Pasos con SAP200 Para esto deberemos tener unos conocimientos básicos de ACCESS (muy básicos) y después la pasamos a EXCEL (si no conoces ACCESS) y trabajamos allí. Exportaremos nuestros resultados a una base de datos: FILE >> EXPORT >> ACCES DATABASE FILE… Le damos un nombre y ubicación y lo guardamos. Abrimos ese archivo mediante ACCESS, Nota: no es necesario, pero si vas a trabajar con la base de datos, quizá debas convertirla a la versión Access que tú uses.

Y hacemos doble clic sobre la tabla FRAMES, abriéndola, y vamos a seleccionar la tabla entera: Para ello, nos vamos a la esquina superior izquierda, y como marca la imagen, hacemos clic sobre el cuadro intersección de filas y columnas. Hacemos EDIT >> COPY…

Abriremos ahora una hoja de cálculo de EXCEL nueva y PEGAMOS. Hay unas cuantas columnas inútiles que habrá que borrar, se deben reordenar las filas según nuestras preferencias, cambiaremos el formato de números… labores que estoy seguro que tu sabes hacer en EXCEL (Si no es así, revisa algún manual, porque es muy sencillo). También existe la posibilidad de imprimir tablas según SAP2000, no resulta muy recomendable, ya que no se controla demasiado el interface de salida, de manera que resulta poco atractiva y a veces nada funcional. Pero si tienes prisa, esta es otra opción: • FILE >> PRINT INPUT TABLES… para conseguir los datos geométricos • FILE >> PRINT OUTPUT TABLES par a conseguir los resultados estructurales

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Primeros Pasos con SAP200 Y seleccionas de entre las posibilidades la tabla que estás buscando.

Resultados Gráficos de la estructura: Es aquí donde aparece su talón de Aquiles, ya que no ofrece muchas soluciones y resulta un poco pesado. (Si usas AUTOCAD , parte de estos problemas se evitan al dar la mayoría de la representación gráfica según su salida – ya dijimos que ambos programas se comunicas mediante .DFX – aunque desgraciadamente no es del todo cierto).

A veces es recomendable antes de imprimir, ver la configuración de impresión FILE >> PRINT SETUP… no tiene muchas opciones, pero al menos puedes seleccionar impresora y dirección de impresión –horizontal o vertical-. Antes de imprimir, deberemos primero colocar el gráfico (o parte de el –usar zoom-) en la pantalla activa, y después, introducir las etiquetas que deseemos para relacionar barras e información que posee. Para ello podemos ir al botón de la bara de herramientas SET ELEMENTS o bien hacerlo desde el menú VIEW >> SET ELEMENTS…

En función de nuestros intereses, adicionalmente podemos introducir etiquetas de: • Label: Identificación • Sections: Sección asignada • Restraints: Tipos de apoyo • Constraints: Restricciones • Local Axes: Ejes locales • …

Además, podemos seleccionar entre los distintos tipos de gráficos (esfuerzos, momentos, desplazamientos). Muy útil para ello son estos botones de la barra de

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Primeros Pasos con SAP200 herramientas, pruébalos, es muy sencillo

Una vez tenemos en la pantalla activa la información gráfica que deseamos expresar, no nos queda sino hacer FILE >> PRINT GRAPHICS, y saldrá automáticamente por la impresora que hemos configurado previamente.

Estos son los pasos, en líneas muy generales, que se deberían seguir para realizar una estructura. Para una información más exhaustiva, existen diversos manuales, que podrán explicarte en profundidad la resolución de problemas. Esto no es sino los primeros pasos de una interesantísima herramienta que, como cualquier otra, exige un tiempo claro de aprendizaje hasta conseguir unos resultados.

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