Resumen Estructuras Metlicas Proyecto Umss

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

INDICE 1.

Aspectos generales.- ............................................................................................................... 3

Antecedentes.- ................................................................................................................................ 3

2.

Objetivos.- ............................................................................................................................... 4

2.1.

Objetivo general.- ............................................................................................................. 4

2.2.

Objetivos específicos.-...................................................................................................... 4

3.

Limitaciones.- .......................................................................................................................... 4

4.

Normas empleadas.- ............................................................................................................... 4

5.

Programas de cálculo.- ............................................................................................................ 5

5.1.

Introducción al programa SAP 2000 v15 .......................................................................... 5

5.1.1.

SAP 2000 BASIC ............................................................................................................. 6

5.1.2.

SAP 2000 PLUS .............................................................................................................. 6

5.1.3.

SAP 2000 ADVANCED .................................................................................................... 6

5.2.

Modelo analítico.- ............................................................................................................ 6

5.3.

Modelo matemático.-....................................................................................................... 6

6.

Definición del modelo estructural.- ........................................................................................ 7

7.

Propiedades de los materiales.-.............................................................................................. 9

7.1.

Acero Estructural.-............................................................................................................ 9

7.2.

Madera estructural.- ........................................................................................................ 9

8.

Definición de la geometría y etiquetado de elementos.- ..................................................... 10

9.

Determinación de las cargas.- ............................................................................................... 11

9.1.

Cargas muertas.-............................................................................................................. 11

9.2.

Cargas viva.-.................................................................................................................... 11

9.3.

Cargas de viento.- ........................................................................................................... 11

9.3.1.

Consideraciones para el cálculo.- ............................................................................... 11

9.3.1.

Presión de velocidad.- ................................................................................................ 12

9.3.2.

Determinación del coeficiente kz. .......................................................................... 12

9.3.3.

Clases y factores de importancia.- .......................................................................... 13

1

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

9.3.4.

Factor de direccionalidad (kd): ............................................................................... 13

10.

Datos de ingresos en el programa SAP2000 vs.15.- ............................................................. 18

11.

Datos de salida en el programa SAP2000 vs.15.-.................................................................. 22

11.1.

Deformaciones de la estructura en tablas.- ................................................................... 43

12.

Diseño de elementos estructurales.- .................................................................................... 43

13.

Conclusiones.- ....................................................................................................................... 44

14.

Recomendaciones.- ............................................................................................................... 44

2

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

1.

Aspectos generales.-

Con la finalidad de satisfacer los requerimientos del Parque Industrial “Santivañes” del departamento de Cochabamba, se procedió al diseño de una cubierta metálica y de madera denominada Galpón para un almacén destinado para la fabricación de productos de plástico que servirá a la empresa como un desarrollo. Una aplicación práctica de los conocimientos adquiridos en la materia de estructuras metálicas se demuestra en el presente proyecto, realizando verificaciones de tracción, compresión y flexo compresión. Se tomara en cuenta tres tipos de cargas muerta, viva y de viento, cumpliendo con los requerimientos del código de cargas ASCE07-07.

Antecedentes.La obra tiene una longitud de 35 m, 10 m de ancho y 2 m de alto que es una estructura metálica conformado de perfiles en C, dobles angulares 2L y perfiles armados como son las T, esto de acuerdo a las especificaciones requeridas por el proyecto de la misma manera se diseñara la estructura para escuadrías comerciales de madera. El presente proyecto trata de la verificación de los perfiles presentes en una estructura metálica y de madera, la cual se utilizará para la ejecución del galpón, Para tener una mejor aproximación a la realidad, se realizó estados de carga para simular el proceso de construcción.

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

2.

Objetivos.-

2.1.

Objetivo general.-

Diseñar y verificar la Estructura metálica y de madera

2.2.

Objetivos específicos.-



Determinar las solicitaciones carga viva, muerta y viento en la estructura.



Diseñar los perfiles “T” , “2L”, “C” y los elementos de madera



Diseñar la estructura con uniones empernadas.



Diseñar los componentes de la estructura tanto a tensión como a compresión

producto de las solicitaciones externas para la combinación de carga más crítica. 

Realizar el modelo estructural para el análisis con el programa SAP2000vs.15.

3.

Limitaciones.-

En lo que se refieren al uso de perfiles para nuestra estructura, se hace necesario el uso de perfiles que nos ofrecen el mercado nacional, por lo que se recurrió a las especificaciones que nos ofrecen las empresas como Enabolco (empresa nacional de construcción), Las Lomas y la Importadora Campero, respectos a los productos que nos ofrecen.

4.

Normas empleadas.-

Las Normas empleadas son:     

AISC Steel Construction Manual Norma AISC (2010) Specificacion Norma ASCE-07 Manual de Diseño para Maderas del Grupo Andino Norma de vientos ACS

4

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

5.

Programas de cálculo.-

Básicamente fueron tres los programas utilizados: 

El programa estructural de diseño y cálculo SAP 2000 vs.15.



El programa de dibujo Auto-Cad 2014



El programa Excel 2010 para verificación de diseño mediante planillas electrónicas.

El software SAP2000 es una aplicación completamente integrada para el modelamiento, análisis y diseño de estructuras continuando está en tres niveles: Basic (B), Plus (P) y Advanced (A).

5.1. El

Introducción al programa SAP 2000 v15 SAP2000

es

un

programa

de

cómputo

desarrollado

por

la

compañía

Computers&Structures, Inc de Berkeley que puede ser aplicado al diseño de puentes, pasarelas peatonales, torres de transmisión, estructuras con cables, estructuras industriales y cualquier otro tipo de estructura. Desde su entorno gráfico de modelamiento en 3D basado en objetos hasta su gran variedad de opciones de análisis y diseño, todo integrado en una interface sofisticada, intuitiva y versátil, el SAP2000 ha probado ser el programa estructural de propósitos generales más integrado, productivo y práctico del mercado actual. Esta interface intuitiva permite crear modelos estructurales rápidamente sin requerir de un tiempo de aprendizaje largo. Es posible también generar modelos complejos utilizando poderosas plantillas definidas internamente en el programa. Las técnicas avanzadas de análisis permiten análisis de grandes deformaciones paso a paso, análisis P-Delta, análisis por valores y vectores propios y por vectores de Ritz, análisis de cables, análisis con miembros sujetos sólo a tensión o sólo a compresión, análisis por pandeo, análisis repentino, análisis no lineal rápido para amortiguadores, aisladores basales y plasticidad en los apoyos y análisis por construcción incremental. Desde un análisis estático simple y pequeño en 2D hasta análisis dinámico no lineal complejo y extenso en 3D, el SAP2000 es la respuesta a todas las necesidades de análisis y diseño estructural.

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

5.1.1.

SAP 2000 BASIC

Ofrece análisis estático y análisis modal espectral para elementos y placas. También diseña elementos de acero y concreto y está limitado a 1000 nodos.

5.1.2.

SAP 2000 PLUS

Ofrece las mismas características que la versión Basic y también análisis dinámico historial y análisis de elementos planos, sólidos y tipo Asolids. También incluye análisis de puentes y no tiene límites en el número de nodos.

5.1.3.

SAP 2000 ADVANCED

Expande las opciones del plus con análisis dinámico historial no lineal (amortiguadores o disipadores, aisladores de base) y ofrece además análisis Pushover 3-D estático no lineal

5.2.

Modelo analítico.-

El programa SAP 2000 utiliza como método de análisis a los elementos finitos Entre algunas de las características están las siguientes: 

Propiedades de enlace no lineal ahora pueden asignados como resortes distribuidos

en objetos línea, área y sólidos 

Asignación de propiedades nula a objetos línea, área y sólidos están permitidos en

este programa estructural 

Muestra en pantalla de modelos de análisis (nivel de elemento) incorporado,

incluyendo cargas y asignaciones

5.3.

Modelo matemático.-

El programa SAP 2000 utiliza como método de análisis a los elementos finitos Este programa Estructural, tiene la opción SHELL que nos facilita el cargado de losas y la determinación de los esfuerzos en la misma. El programa Estructural considera el peso propio de tomando en cuenta las longitudes, secciones y el material asignado. Lo más avanzado en tecnología de punta de análisis numéricos con la introducción del model- alive en SAPFIRE (motor de análisis de CSI). Esta opción proporciona instantáneo

6

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA re- análisis y actualización de resultados en la pantalla que sigue por cada cambio que el usuario haga en el modelo.

6.

Definición del modelo estructural.-

DIMENSIONES DE LA ESTRUCTURA

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA VISTA EN 3D

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

7.

Propiedades de los materiales.-

De una forma general los materiales empleados en la obra, ya sea estructurales, de montaje son los siguientes: Acero estructural. Madera estructural Pernos.

7.1.

Acero Estructural.-

Las propiedades del acero estructural son las siguientes: Propiedades Acero

Valores

Peso Específico Módulo de elasticidad Coeficiente de Poissón Límite de Fluencia

7850KG/m3

Esfuerzo de Rotura

7.2.

E= 29000 Ksi U= 0.3 Fy = 36 Ksi Fu = 58 Ksi

Madera estructural.-

9

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

8.

Definición de la geometría y etiquetado de elementos.-

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

9.

Determinación de las cargas.-

9.1.

Cargas muertas.La carga muerta fue considerada como de los acabados que podría tener la losa como es el contra piso, los artefactos complementarios

letreros o carteles y la iluminación,

considerando una carga de 20 kg/m2.

9.2.

Cargas viva.De acuerdo a las consideraciones para estas estructuras se tomó un valor de

15 kg/m2,

propuesta por la Norma Mínimum Design Loads forBuildings and OtherStructures

9.3.

Cargas de viento.El cálculo de las cargas de viento fue realizado con el Método Racional (Analítico) propuesta por la Norma Mínimum Design Loads forBuildings and OtherStructures (ASCE077).

9.3.1.

Consideraciones para el cálculo.-

METODO 2 - PROCEDIMIENTO ANALITICO

DESCRIPCION DE LA ZONA UBICACIÓN TOPOGRAFIA TERRENO VELOCIDAD DEL VIENT0 ESTRUCTURA

COCHABAMBA HOMOGENEA PLANO 120 Kmph. PARCIALMENTE CERRADA

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA ESTRUCTURA.PARCIALMENTE CERRADA: a) El area total de aberturas en un muro que recibe presion positiva externa excede la suma e las areas de aberturas en el balance de la anvoltura de la edificacion (muros y techo) por más de 10% Ao > 1.10Aoi b) El area total de aberturas en un muro que recibe presion externa positiva excede 0.37 m2 (4 pies2) o 1 % del área de dicho muro, el que sea menor, el porcentaje de aberturas en el balace de la envoltura de la edificación no exceda 20%. Ao > 0.37 m2 o > 0.01 Ag (el que sea menor) Aoi/Agi ≤ 0.20

9.3.1.

Presión de velocidad.-

PROCEDIMIENTO DE CALCULO: 1.- Velocidad básica del viento V=

120

Kmph

Velocidad Aproximada Para El Departamento De Cochabamba

9.3.2. Determinación del coeficiente kz. 2.- Presión de la velocidad del viento La presión de la velocidad del viento, evaluada a la altura Z será calculada mediante la siguiente ecuación:

𝒒𝒛 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟓𝟔 ∗ 𝒌𝒛 ∗ 𝒌𝒛𝒕 ∗ 𝒌𝒅 ∗ 𝒗𝟐 ∗ 𝑰 𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱 ∗ 𝑰 ∗ 𝑰 Kd : Factor de direccionalidad del viento, de la tabla 6-4 Kz : Coeficiente de exposición de presión de la velocidad del viento, de la tabla 6-3 Kzt : Factor topográfico I : Factor de importancia, determinado de la tabla 6-1 V : Velocidad básica del viento, obtenida del mapa de zonificación de cada país

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

9.3.3. Clases y factores de importancia.Un factor de importancia, I, para la edificación u otra estructura serán determinados a partir de la Tabla 6-1 basado en las categorías de la edificación y estructura catalogadas en la Tabla 7-1. Las edificaciones están clasificadas en cuatro categorías de importancia: Categoría I Edificaciones y estructuras relacionadas cuyo fallo implica bajo riesgo para la vida humana incluyendo pero no limitado a facilidades rurales, de almacenaje o temporales. Categoría II Edificaciones de ocupación normal públicas o privadas (vivienda, oficinas, comercio, etc.). Adicionalmente, ésta incluye facilidades riesgosas no clasificadas como Categoría III si se asegura que cualquier daño o derrame tóxico puede ser controlado inmediatamente. Categoría III Facilidades riesgosas o edificaciones de alta ocupación públicas o privadas. Categoría IV Facilidades esenciales tales como hospitales, estaciones de bomberos y policía y albergues designados para huracanes.

9.3.4. Factor de direccionalidad (kd): Adoptamos el factor referente a torres de armaduras (triangulares, cuadradas, rectangulares). Kd =

0,85

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

9.3.5 Factor topográfico (Kzt) Kzt =

1

(Se ha considerado un terreno plano)

Para determinar los diferentes valores de presión de velocidad para las distintas alturas se considera la siguiente formula: Para 15 pies ≤ Z ≤ Zg

𝒁 𝟐/𝜶 𝑲𝒛 = 𝟐. 𝟎𝟏 ∗ ( ) 𝒁𝒈

𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱 ∗ 𝑰 ∗ 𝑰

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA Para Z < 15 pies

𝟏𝟓 𝟐/𝜶 𝑲𝒛 = 𝟐. 𝟎𝟏 ∗ ( ) 𝒁𝒈 α : Constante de exposición 𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱𝑱 del ∗ 𝑰terreno ∗𝑰 Zg : Constante de exposición del terreno Diferentes alturas de análisis en la Z : estructura

O también la tabla siguiente:

15

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA 9.3.6 Factor de efecto de ráfaga(G): G=

0,85

(Para estructuras rígidas)

9.3.7.- Coeficiente de presión externa: Muro Barlovento: L/B = para todos Cp =

0,8

Muro Sotavento: Cp =

-0,5

L/B = para todos Cp =

-0,7

h/L = 12/35 = 0.34

-0,7

L/B = 10/35=0,28 Muro lateral:

Techo Barlovento: α = 20°

Cp =

-0,2

Techo Sotavento: h/L = 12/35 = 0.34 α = 20º

Cp = -0,6

9.3.8 Carga de viento de diseño 𝒑 = 𝒒 ∗ 𝑮 ∗ 𝑪𝒑 − 𝒒𝒊 ∗ (𝑮𝑪𝒑𝒊)

(N/m2) (Lb/pie2)

GCpi : Coeficiente de presión interna

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA Panilla de Calculo Cargas de Viento

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

10.

Datos de ingresos en el programa SAP2000 vs.15.-



Definición de acero estructural.

PERFIL "T":

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

Geometría de los perfiles angulares dobles y tés estructurales.DOBLE ANGULAR:

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

RESULTADOS

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

11.

Datos de salida en el programa SAP2000 vs.15.-

ACERO DIAGRAMA DE MOMENTOS

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

ACERO DIAGRAMA DE CORTANTES

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA ELEMENTO 1

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

ELEMENTO 2

25

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA 379

ELEMENTO 3

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA 385

ELEMENTO 4

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

ELEMENTO 5

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

MADERAS

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

31

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

33

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

MADERAS DIAGRAMA DE MOMENTOS

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA DIAGRAMA DE CORTANTES

ELEMENTO 1

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

ELEMENTO 2

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA ELEMENTO 3

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

ELEMENTO 4

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

ELEMENTO 5

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

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DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

11.1.

Deformaciones de la estructura en tablas.-

12.

Diseño de elementos estructurales.-

43

DISEÑO DE CUBIERTA METALICA Y DE MADERA

13.

Conclusiones.En el diseño de esta estructura metálica (galpón industrial), se concluyó lo siguiente:  El diseño está sobredimensionada, debido a que se especuló cumplir con la máxima deformación7 =< 4cm. , y a la tracción, compresión, esbeltez y además garantizara que la estructura

14.

Recomendaciones.-

44