PRÀCTIQUES DE TECI - ocw.upc.edu · - CYPE. Cálculo de estructuras metálicas con Metal 3D.con Metal 3D. Antonio Manuel Reyes. Ed. Anaya Multimedia ... Nuevo - Cal triar la

ÀPRÀCTIQUES DE TECI

Professor - Christian Escrig Pérez

PRÀCTIQUES DE TECIPRÀCTIQUES DE TECI

S ió 1Sessió 1


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 1ÍNDEX

- PRESENTACIÓ

- INTRODUCCIÓ

Descripció de l’assignatura

Objectius

- PREGUNTES I CONCLUSIONS

- EVOLUCIÓ DEL CÀLCUL ESTRUCTURAL

PROGRAMES INFORMÀTICS DE CÀLCUL- PROGRAMES INFORMÀTICS DE CÀLCUL

Definició

Prestacions

- DESCRIPCIÓ EXERCICI

- METAL 3D -> GENERADOR DE PÓRTICOS

Gestió d’arxius

Geometria i condicions de contorn

Càlcul corretgesCàlcul corretges

Exportació a Metal 3DPràctiques de TECI – Christian Escig Pérez

PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 1PRESENTACIÓ

PRÀCTIQUES DE TECI – MATINS

Professor: Christian Escrig Pérez

Adreça electrònica: [email protected]

Horari de consultes: A determinar

Pràctiques de TECI – Christian Escig Pérez

PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 1INTRODUCCIÓ

DESCRIPCIÓ DE L’ASSIGNATURA

Sistema d’avaluació: NPract = 0,4·Assistència + 0,3·Exercici classe+ 0,3·ExPract

-> Assistència obligatòria al grup de pràctiques assignat

NP t 0 1 NFNPract = ~ 0,1·NF

Bibliografia: - Apunts

- CYPE. Cálculo de estructuras metálicas con Metal 3D.CYPE. Cálculo de estructuras metálicas con Metal 3D. Antonio Manuel Reyes. Ed. Anaya Multimedia

OBJECTIUS DE L’ASSIGNATURA

Di d lit i di i l’ t t d’ i d t i l- Dissenyar, modelitzar i dimensionar l’estructura d’una nau industrial

- Conscienciar de la metodologia de treball en l’àmbit laboral

- Familiaritzar-se amb les eines d’ús habitual (programes, normatives, promptuaris, ...)(p g , , p p , )


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 1PREGUNTES I CONCLUSIONS

PREGUNTES

- Què és una estructura?

- Què representa l’estructura en el conjunt global d’una obra?

- Quin valor afegit proporciona una estructura a un procés industrial determinat?

CONCLUSIONS


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 1EVOLUCIÓ DEL CÀLCUL ESTRUCTURAL

MÈTODES CLÀSSICS DE CÀLCUL

- Cross, Cremona, ...

CÀLCUL MATRICIAL

{Fe}=[Ke]·{Øe}

PROGRAMES INFORMÀTICS DE

CÀLCUL


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 1PROGRAMES INFORMÀTICS DE CÀLCUL

DEFINICIÓ- Eines que permeten realitzar una modelització de la realitat

- Es composen de 3 parts:

Preprocessador

C d àl lCos de càlcul

Postprocessador

PRESTACIONS

- Representació gràfica de fàcil interpretació

- Agilització del procés de càlcul i dimensionament

R lit ió d’ lt ti d di t l l ifi ió d l j t- Realització d’alternatives de disseny sense comprometre la planificació del projecte

- Metodologia comú entre diferents programes


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 1DESCRIPCIÓ EXERCICI

NAU INDUSTRIAL D’ÚS NO DEFINIT

- Emplaçament: Polígon Industrial “Mas Blau” – El Prat de Llobregat

- Descripció geomètrica:


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 1METAL 3D -> GENERADOR DE PÓRTICOS

- El “Generador de Pórticos” és una aplicació auxiliar que permet introduir la geometria i lescondicions de contorn d’una estructura de pòrtics tipus de manera ràpida i senzilla.

Eina útil per al càlcul de les corretges de coberta i de façana- Eina útil per al càlcul de les corretges de coberta i de façana.

- Permet exportació a Metal 3D.



GESTIÓ D’ARXIUS- Obrir programa: CYPE -> Metal -> Generador de Pórticos



GESTIÓ D’ARXIUS- Crear nou arxiu: Nuevo

Cal triar la carpeta on ho desem i introduir el nom del fitxer i una breu descripció de l’obra- Cal triar la carpeta on ho desem i introduir el nom del fitxer i una breu descripció de l obra



GEOMETRIA I CONDICIONS DE CONTORN

- Número de vanos: Número de separacions entre pòrtics- Separación entre pórticos: Distància entre pòrtics

- Con cerramiento en cubierta: Per al càlcul d’elementsresistents de coberta (corretges de coberta)- Con cerramiento en laterales: Per al càlcul d’elementsresistents de façana (corretges de façana)

- Con sobrecarga de viento: Té en compte l’efecte del ventsobre el tancament o tancaments considerats- Con sobrecarga de nieve: Té en compte l’efecte de la neusobre el tancament o tancaments considerats

- Combinaciones de cargas para el cálculo: Permet escollirel tipus de combinació segons l’ús del tancament



GEOMETRIA I CONDICIONS DE CONTORN- Generar pòrtic -> Dos aguas- Tipo de cubierta: Permet escollir la tipologia de pòrtic desitjada



CÀLCUL DE CORRETGES- Datos de obra -> Edición de correas en cubierta y laterales -> Correas en cubierta



CÀLCUL DE CORRETGES

-Datos de cálculo:Límite flecha: Limitació de la deformació vertical

de la corretjaNúmero de vanos: Continuïtat de les corretgesTipo de fijación: Col·laboració del tancament amb

l’element resistent

- Descripción de correas: (fixar 2 condicions)Tipo de perfil: Defineix el tipus de perfil a utilitzar

com a corretjaSeparación: Defineix la separació entre corretgesTipo de acero: Defineix el tipus d’acer de les

corretges




Escollir família de perfils:

Tipo de perfil: IPN 80 -> Descripción: Perfil: IPN 80 ->Descripción de perfil:

-> Material (desplegar): Conformados-> Serie de perfiles (desplegar): Conformados Z Serie de perfiles (desplegar): Conformados Z




Calcular:

Tipo de perfil: Dimensionar

Observacions:



EXPORTACIÓ A METAL 3D- Datos de obra -> Exportar a Metal 3D



EXPORTACIÓ A METAL 3D

- Configuración de apoyos: Permet definir elspòrtics biarticulats o biempotrats.

- Opciones de pandeo: Permet definir les longitudsde vinclament en pòrtics translacionals, pòrticsi t l i l d fi i lintranslacionals o no definir-les.

- Tipo de generación: Permet exportar un pòrticaïllat o el conjunt de pòrtics definits anteriorment.En aquest últim cas, permet les opcions d’agrupaciódefinidesdefinides.



EXPORTACIÓ A METAL 3D- Crear nou arxiu: Nuevo

Cal triar la carpeta on ho desem i introduir el nom del fitxer i una breu descripció de l’obra- Cal triar la carpeta on ho desem i introduir el nom del fitxer i una breu descripció de l obra



EXPORTACIÓ A METAL 3D



S ió 2Sessió 2



- TIPOLOGIES DE PÒRTICS

Pòrtic Rígid

Encavallada

Inèrcia variable

- ASPECTES DE DISSENY

- METAL 3D -> PREPROCESSADOR

Gestió d’arxiusGestió d arxius

Introducció geometria

Definició de condicions de contorn


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 2TIPOLOGIES DE PÒRTICS

PÒRTIC RÍGID

Pòrtic compost per perfils laminats normalitzatsDisposar cunyes soldades al dintell en zona de moment màximp yPossibilitat de disposar tirant per reduir sol·licitacions dels pilars Solució òptima per a llums compreses entre 20 i 28m



ENCAVALLADA

Pòrtic compost per perfils laminats i/o conformats normalitzatsDissenyar per tal que els muntants verticals treballin a compressió i els diagonals a tracciócompressió i els diagonals a traccióSolució òptima per a llums superiors a 30m



INÈRCIA VARIABLE

Pòrtic compost per perfils armats fabricats a taller amb cordó de soldadura continuOptimització de la secció d’acer en funció de la sol·licitacióPilars, generalment, articulats a la baseSolució òptima per a edificis amb llums a partir de 40m i alçades a partir de 15m


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 2ASPECTES DE DISSENY

COST D’EXECUCIÓ

Material

Mecanització

Muntatge

Transport

TERMINI D’EXECUCIÓ

TRANSPORTTRANSPORT

Dimensions màximes del transport per carretera:

Llargada < 12m

Amplada < 2,5m

FUNCIONALITAT DEL PROCÉS PRODUCTIU / ESPECIFICACIONS DEL CLIENT

ÈESTÈTICA


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 2METAL 3D -> PREPROCESADOR

GESTIÓ D’ARXIUS- Obrir programa: CYPE -> Metal -> Metal 3D



GESTIÓ D’ARXIUS- Crear nou arxiu: Nuevo

- Cal triar la carpeta on ho desem i introduir el nom del fitxer i una breu descripció de l’obra


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 2METAL 3D -> PREPROCESSADOR

INTRODUCCIÓ GEOMETRIA- Pantalla inici Metal 3D, on es representen les 3 dimensions

- Per treballar en un pla, cal generar-lo: Vista -> Nueva -> Vista 2D de un plano ortogonal aleje XYZ



INTRODUCCIÓ GEOMETRIA- Seleccionar els eixos YZ (color blau) per generar un pla i anomenar-lo- En el pla 2D (pòrtic tipus), generar un pòrtic aleatori: Barra -> Nueva



INTRODUCCIÓ GEOMETRIA- Donar dimensions al pòrtic: Plano -> Cotas (utilitzar l’eix corresponent en cada cas)



INTRODUCCIÓ GEOMETRIA- Generar cos de la nau: En la vista 3D Plano -> Generación -> Genera planos i seleccionar

l l té l ò tiel pla que conté el pòrtic



INTRODUCCIÓ GEOMETRIA- Generar cos de la nau:

Generar 12 plans amb distàncies positives (eix X positiu)Cal mantenir activada l’opció de Agrupar planos generados



INTRODUCCIÓ GEOMETRIA- Agrupar plans en funció de la seva posició (pòrtics tipus i pòrtics hastials):

Desagrupar individualment els pòrtics hastials: Plano -> Agrupa -> Planos paralelos a YZAgrupar pòrtics hastials entre si: Plano -> Agrupa -> Planos paralelos a YZ



INTRODUCCIÓ GEOMETRIA- Introduir els pilars dels pòrtics hastials:

Generar pla pòrtic hastial: Vista -> Nueva -> Vista 2D de un plano ortogonal aleje XYZ i anomenar-lo

En el pla 2D (pòrtic hastial), introduir els nodes corresponents als peus dels pilars:Nudo -> Nuevo

• Nota: les distàncies entre els pilars del pòrtic hastial estan compreses entre els 4i els 8m

Acotar les distàncies d’acord amb la distribució escollida: Plano -> Cotas (utilitzaracotació en l’eix Y)

Dibuixar els pilars hastials des del peu fins al dintell: Barra -> Nueva



INTRODUCCIÓ GEOMETRIA- Introduir els pilars dels pòrtics hastials:



DEFINICIÓ DE CONDICIONS DE CONTORN

- Per facilitar aquesta tasca, cal establir un ordre per a definir els nusos de l’estructura:

1.- Pòrtic tipus1a.- Pilars1b.- Dintells

2.- Pòrtic hastial2a.- Pilars2b - Dintells2b.- Dintells



DEFINICIÓ DE CONDICIONS DE CONTORN1a.- Pilars del pòrtic tipus

En el pla 2D (pòrtic tipus), seleccionar els nusos de la base dels pilarsExecutar Nudos -> Describe i definir un empotrament total

Vincle:Comportament del

Coacció:Comportament del nusComportament del

nus respecte dels elements estructurals incidents

Comportament del nus respecte del medi



DEFINICIÓ DE CONDICIONS DE CONTORN1b.- Dintells del pòrtic tipus

En el pla 2D (pòrtic tipus), seleccionar els nusos corresponents als dintellsExecutar Nudos -> Describe i definir una unió rígida

2a.- Pilars del pòrtic hastialEn el pla 2D (pòrtic hastial), seleccionar els nusos de la base dels pilars

Executar Nudos -> Describe i definir un empotrament totalExecutar Nudos Describe i definir un empotrament total

2b.- Dintells del pòrtic hastialEn el pla 2D (pòrtic hastial) seleccionar els nusos corresponents als dintellsEn el pla 2D (pòrtic hastial), seleccionar els nusos corresponents als dintellsExecutar Nudos -> Describe i definir una articulació impedint el desplaçamenttransversal (simulant així l’efecte de les diagonalitzacions a coberta)



S ió 3Sessió 3




Predimensionament i definició del material

Vinclaments

Fletxes màximes admissibles



PREDIMENSIONAMENT I DEFINICIÓ DEL MATERIAL

- Metal 3D utilitza el mètode matricial {Fe}=[Ke]·{Øe} per tal de determinar el repartimentd’esforços i els desplaçaments dels nodes dels elements estructurals. Posteriorment,realitza el dimensionament d’aquests elements estructurals respecte la normativa d’úsdefinida per l’usuaridefinida per l usuari.

- Per tal que Metal 3D pugui realitzar els càlculs dels esforços i dels desplaçaments, ésnecessari que la matriu de rigidesa [Ke] estigui totalment definida Donat que la matriu denecessari que la matriu de rigidesa [Ke] estigui totalment definida. Donat que la matriu derigidesa és funció, entre altres variables, de la inèrcia i/o l’àrea dels elements estructurals,cal realitzar un predimensionament de tots els elements inclosos en el model de càlcul.

- És important tenir cura en el predimensionament dels elements estructurals, ja que unsobredimensionament desproporcionat produiria una transmissió il·lògica dels esforços,així com la impossibilitat d’arribar a una solució òptima de l’estructura plantejada.

- Resumint, tota estructura hiperestàtica ha de ser predimensionada per tal de poder-lacalcular mitjançant el mètode matricial.



PREDIMENSIONAMENT I DEFINICIÓ DEL MATERIAL- Per estalviar recursos del programa i temps en el dimensionament de l’estructura, cal

l l t t t l ti i t l t i l li it i iagrupar els elements estructurals que estiguin sotmesos a les mateixes sol·licitacions ique pertanyin a algun eix de simetria geomètric.

- Donat l’exercici proposat, s’agruparan les següents categories d’elements estructurals:p p , g p g gPilars pòrtic tipusDintells pòrtic tipusPilars pinyó pòrtic hastialPilars pinyó pòrtic hastialPilars cantonada pòrtic hastialDintells pòrtic hastial Pràctiques de TECI – Christian Escig Pérez



- Agrupar elements estructurals: Barra -> Agrupa




- Segons l’ordre establert en les categories de barres de característiques similars, i tenint encompte el que s’ha exposat fins ara, es predimensionen els elements estructurals de lasegüent manera:

Pilars pòrtic tipus -> IPE 360Dintells pòrtic tipus -> IPE 270 + cunyaPilars pinyó pòrtic hastial -> IPE 240Pilars cantonada pòrtic hastial -> IPE 220Dintells pòrtic hastial -> UPN 200

- Per assignar una secció a una barra: Barra -> Describe

NOTA: En general, en edificis industrials, s’utilitzen perfils tipus IPE ja que els seuselements estructurals es dimensionen, principalment, a flexió. La sèrie de perfils tipus IPEsón la família de perfils que ofereixen una major inèrcia a igualtat de pes.




- En el cas dels dintells del pòrtic tipus, perdisposar la cartel·la en la part extrema inferior,cal fer el següent:

Barra -> Describe (Seleccionar dintells)Triar la opció Metálico (acero) i DescripciónDesplegar Disposición i escollir l’opció Simple con cartelasEn la pestanya Sin cartelas, selecionarC t l i i i l i f i i i lCartela inicial inferior i assignar la seva longitudSeleccionar família i secció desitjada triant l’opció Perfil i acceptarl opció Perfil i acceptar

NOTA P di i t é d tNOTA: Per un predimensionament és adequat disposar una cartel·la d’aprox. el 20% del dintell




- Per comprovar que s’ha introduït la geometria i les orientacions de les seccionscorrectament, es pot realitzar una comprovació visual de l’estructura en 3D: Barra -> Perfilreal



VINCLAMENTS

- El vinclament és un fenomen que afecta als elements estructurals sotmesos a compressió.

- Per tal de tenir-lo en compte en el dimensionament de les nostres seccions, cal assigna uncoeficient de vinclament (β) a tots els elements estructurals (a priori no es pot saber quinselements no treballaran a compressió).

- El coeficient de vinclament és un valor major o igual a 0, que pondera la longitud delselements estructurals, trobant així la seva longitud de vinclament (lp= β·l).

- Es defineix la longitud de vinclament d’un element sotmès a compressió com la distànciaentre dos punts d’inflexió consecutius de la deformada de l’element estructural.

- Degut a que la morfologia d’una deformada depèn directament del tipus de nusos quepresenta l’element estructural, es pot afirmar que el vinclament d’un element estructuralvariarà en funció de la tipologia d’aquests nusos.



VINCLAMENTS

- Descripció de les longituds de vinclament per elements estructurals intranslacionals en funcióde les seves condicions de contorn.

NOTA E l l l t t t l i i t l i l l fi i t dNOTA: En el cas que els elements estructurals siguin translacionals, els coeficients devinclament s’incrementen aprox. entre un 30 i un 50%.



VINCLAMENTS

- Una estructura és intranslacional quan els seus elements poden deformar, però els seusnusos no es poden desplaçar.

- Una estructura és translacional quan els seus elements poden deformar i, a més, els seusq p , ,nusos es desplacen.



VINCLAMENTS

- Cal tenir en compte que els vinclaments afecten de manera diferent als dos plans d’unasecció.

- Es defineix el pla perpendicular a l’ànima del perfil (pla format pels eixos locals xy) com el pladèbil de la secció i el pla paral·lel a l’ànima del perfil (pla format pels eixos locals xz) com elpla principal de la secció.p p p



VINCLAMENTS

- De forma similar a altres procediments, s’introduiran els vinclaments en un ordre per facilitarl’anàlisi:

Vinclaments en el pla dèbil

1.- Pòrtic tipus

Vinclaments en el pla principal

1.- Pòrtic tipus1a.- Pilars1b.- Dintells

1a.- Pilars1b.- Dintells

2.- Pòrtic hastial2a.- Pilars2b - Dintells

2.- Pòrtic hastial2a.- Pilars2b - Dintells2b. Dintells 2b. Dintells

- Per tal de fer-ho, es selecciona: Barra -> Pandeo



FLETXES MÀXIMES ADMISSIBLES

- Tot element estructural que està sotmès a una sol·licitació tendeix a deformar-se. En el casdels elements sotmesos a flexió, aquesta deformació s’anomena fletxa.

- La fletxa és la màxima distància entre la posició teòrica de l’element estructural i la sevadeformada. Per tal de garantir l’estabilitat estructural, evitar el mal funcionament delselements constructius i assegurar el confort dels usuaris, la normativa regula uneslimitacions màximes de deformacions (fletxes màximes admissibles)limitacions màximes de deformacions (fletxes màximes admissibles).

- A l’estat espanyol, la normativa que regula aquests aspectes és el Codi Tècnic del’Edificació en el seu apartat de Seguretat Estructural (CTE DB-SE)l Edificació, en el seu apartat de Seguretat Estructural (CTE DB-SE)

- Per tal d’assignar aquestes limitacions de fletxa, es segueix el següent ordre:

2.- Pòrtic hastial2a.- Pilars2b Dintells

1.- Pòrtic tipus1a.- Pilars1b - Dintells


2b.- Dintells1b. Dintells


FLETXES MÀXIMES ADMISSIBLES

- Seleccionar Barra -> Flecha límite i decidir si es vol limitar les deformacions de maneraabsoluta o relativa (cal vigilar en seleccionar correctament els eixos locals del sentit de lafletxa).



S ió 4Sessió 4




Accions

Normativa

Tipus d’accions

Combinacions d’accions (Estats Límit)

Hipòtesis de càrrega

Introducció d’accionsIntroducció d accions

• Càrregues permanents

• Sobrecàrregues d’ús

• Sobrecàrrega de vent

• Sobrecàrrega de neu



ACCIONS – NORMATIVA

- La normativa de referència en el dimensionament d’estructures a l’estat espanyol és el CodiTècnic de l’Edificació (CTE).

- Aquesta normativa regula diferents aspectes del càlcul estructural, tals com, les accions atenir en compte, els estats límit de càlcul, les combinacions de càrrega en funció d’aquestsestats límit, així com, aspectes intrínsecs de dimensionament dels elements estructurals enfunció del seu material i/o funcionalitat de l’element Aquesta informació queda recollida enfunció del seu material i/o funcionalitat de l element. Aquesta informació queda recollida enl’apartat de Seguretat Estructural (SE) i els seus subapartats.

- El document que regula les accions a tenir en compte al projectar un edifici és DB-SE AE- El document que regula les accions a tenir en compte al projectar un edifici és DB-SE AE

- Per altra banda, el CTE també recull consideracions a mode de seguretat, confort isostenibilitat que fins ara tenien poca rellevància a l’hora de projectar edificis Aquestes sónsostenibilitat, que fins ara tenien poca rellevància a l hora de projectar edificis. Aquestes sónla Seguretat en cas d’Incendi, la Seguretat d’Utilització, la Salubritat, la Protecció en front delSoroll i l’Estalvi Energètic.

- El CTE és una normativa de distribució lliure que podeu trobar en el següent enllaç:http://www.codigotecnico.org/index.php?id=33



ACCIONS – NORMATIVA

- Finalment, hi ha altres normatives vigents que regulen aspectes del càlcul estructural que noestan inclosos en el CTE. Aquestes normatives són la Instrucció del Formigó Estructural(EHE 2008), que s’ocupa de regular el dimensionament dels elements estructurals deformigó i la Normativa de Construcció Sismerresistent Espanyola (NCSE 02) que s’ocupaformigó, i la Normativa de Construcció Sismerresistent Espanyola (NCSE-02), que s ocupade regular els aspectes a tenir en compte a l’hora de projectar un edifici sotmès a accionssísmiques.

- Resumint, les normatives que tot enginyer dedicat al càlcul d’estructures ha de conèixer sónel CTE, la EHE 2008 i la NCSE-02.



ACCIONS – TIPUS D’ACCIONS- Principalment, hi ha tres tipus d’accions que cal tenir en compte: ACCIONS PERMANENTS (G),

ACCIONS VARIABLES (Q) ACCIONS ACCIDENTALS (A) i d POSTTESAT (P)ACCIONS VARIABLES (Q), ACCIONS ACCIDENTALS (A) i de POSTTESAT (P)

Accions Permanents (G): Són aquelles que sempre actuen, generalment gravitatòries.

Accions Variables (Q): Són aquelles que poden o no actuar.

Accions Accidentals (A): Són aquelles que tenen poca probabilitat d’actuar, però quan actuen són de gran importància.g p

Accions de Posttesat (P): Són aquelles a resultes de l’efecte del posttesat dels elementsAccions de Posttesat (P): Són aquelles a resultes de l efecte del posttesat dels elements estructurals. Tenen un efecte permanent.



ACCIONS – COMBINACIONS D’ACCIONS (ESTATS LÍMIT)

- Es defineix com Estat Límit a aquelles situacions que, en el cas de ser superades, espot considerar que l’edifici no compleix alguns dels requisits estructurals per els que ha estatconcebut.

- N’hi ha de dos tipus: Estat Límit Últim (ELU) i Estat Límit de Servei (ELS). En funció de quines vulgui analitzar, les combinacions d’accions seran diferents.

- ESTAT LÍMIT ÚLTIM (ELU):Es defineix l’ELU com aquell estat que, en cas de ser superat, constitueix un risc per

l j i i è d i l l t t l i l d l’ difi ia les persones, ja sigui per què produeix un col·lapse total o parcial de l’edifici oaquest quedi fora de servei.

ESTAT LÍMIT d SERVEI (ELS)- ESTAT LÍMIT de SERVEI (ELS):Es defineix l’ELS com aquell estat que, en cas de ser superat, afecta al confort i elbenestar dels usuaris o de terceres persones, al correcte funcionament de l’edifici o al’aparença de la construcciól aparença de la construcció.



ACCIONS – COMBINACIONS D’ACCIONS (ESTATS LÍMIT)

- Generalment, l’ELU s’ocupa de governar les combinacions d’accions que determinaran lacapacitat portant (resistència) que han de tenir els elements estructurals:

* Situació permanent o transitòria:

* Situació accidental:

- En canvi, l’ELS s’ocupa de governar les combinacions d’accions que determinaran l’aptitud alservei (deformacions, vibracions, durabilitat, etc.) que han de suportar dits elements( , , , ) q pestructurals:



ACCIONS – HIPÒTESIS DE CÀRREGA- En Metal 3D no cal definir les combinacions d’accions, però sí el tipus de càrregues que

t l’ difi i A t f t li d fi i l hi òt i d à Cactuaran en l’edifici. A aquest fet se li anomena definir les hipòtesis de càrrega: Carga ->Nº hipótesis

Tipus d’acció

Nº d’hipòtesis per a un mateix tipus d’acciómateix tipus d acció



ACCIONS – HIPÒTESIS DE CÀRREGA

- D’acord amb el tipus d’accions descrites anteriorment, es definiran les següents hipòtesis decàrrega:

Carga permanente (1):- Càrrega permanent (inclou pes propi estructura)

Sobrecarga (1):- Sobrecàrrega d’ús de coberta

Viento (3):- Sobrecàrrega de vent lateral Ag- Sobrecàrrega de vent lateral B- Sobrecàrrega vent frontal

Sismo (Ø)Sismo (Ø)Nieve (1):

- Sobrecàrrega de neu



ACCIONS – INTRODUCCIÓ D’ACCIONS- Per introduir les accions, cal triar la hipòtesi de treball: Carga -> Hipótesis vista

NOTA: Per visualitzar adequadament les accions introduïdes, augmentar l’escala x5 de totesles hipòtesis: Carga -> Escalas



ACCIONS – INTRODUCCIÓ D’ACCIONS

- Generalment, en l’estudi de les accions que afecten a l’estructura, s’obtindran valors decàrrega superficials .

- Cal tenir en compte que, degut a la tipologia d’elements, generalment s’ha d’introduir lesaccions al programa en forma de càrregues lineals. Això significa que cal tenir clar elconcepte d’ample tributari dels elements estructurals per a passar de càrregues superficialsa càrregues linealsa càrregues lineals.



ACCIONS – INTRODUCCIÓ D’ACCIONS – CÀRREGUES PERMANENTS

- Les càrregues permanents són les càrregues gravitatòries que els elements constructiustransmeten a l’estructura.

- En l’edifici sotmès a estudi, l’únic element constructiu que transmet una càrrega permanent al’estructura és el tancament de coberta i els elements que el suporten

- Per tal de determinar correctament aquesta càrrega, cal consultar el catàleg del fabricantdels elements constructius.

- En l’exercici proposat s’ha tingut en compte una coberta de panell sandwich amb un pesaprox. de 15kg/m2. A part, cal contemplar la repercussió del pes de les corretges sobre elsdintells. Aquesta és d’aprox. 5kg/m2, amb el que s’obtenen unes càrregues permanents de20kg/m220kg/m .



ACCIONS – INTRODUCCIÓ D’ACCIONS – CÀRREGUES PERMANENTS- Per introduir les magnituds de les càrregues permanents en els elements estructurals,

l i C Nseleccionar Carga -> Nueva



ACCIONS – INTRODUCCIÓ D’ACCIONS – SOBRECÀRREGA D’ÚS- Les sobrecàrregues d’ús són aquelles càrregues gravitatòries que es determinen en funció

d l ti d’ tilit ió d l l t t ti h it t l ( fi i tdel tipus d’utilització dels elements constructius horitzontals (p.ex. oficines, magatzems,habitatges, etc.).

G l t é d t i d l ti CTE DB SE AE- Generalment, vénen determinades per la normativa CTE DB-SE AE.



ACCIONS – INTRODUCCIÓ D’ACCIONS – SOBRECÀRREGA D’ÚS

- La normativa obliga a comprovar els dos tipus de sol·licitacions definides (càrrega superficiali càrrega puntual), encara que en cobertes sense forjat és més desfavorable considerar unacàrrega puntual d’1kN centrada en l’element estructural.

- Per introduir les magnituds de les sobrecàrregues d’ús en els elements estructurals, un cophavent escollit la hipòtesi de treball a Carga -> Hipótesis vista, cal seleccionar Carga ->NuevaNueva



ACCIONS – INTRODUCCIÓ D’ACCIONS – SOBRECÀRREGA DE VENT

- La sobrecàrrega de vent és la càrrega que el vent transmet a l’estructura a través delstancaments de l’edifici (coberta i façanes).

- Aquesta ve determinada per la normativa CTE DB-SE AE, que la defineix com la forçaperpendicular a cada punt de l’edifici exposat a l’acció del vent, també anomenada pressióestàtica del vent (qe). Aquesta segueix la següent relació:

qe = qb·ce·cpi , on:

qb és la pressió dinàmica del vent

ce és el coeficient d’exposició

cpi és el coeficient eòlic




Determinació de la pressió dinàmica del vent (qb)qb- La pressió dinàmica del vent és funció del lloc geogràfic del territori espanyol on es

construeixi l’edifici, a partir d’una estimació de la velocitat bàsica en cada zona.

Valors de qb:Zona A -> q = 0 42kN/m2Zona A -> qb = 0,42kN/mZona B -> qb = 0,45kN/m2

Zona C -> qb = 0,52kN/m2




Determinació del coeficient d’exposició (ce)e- El coeficient d’exposició és un valor que depèn de l’alçada de l’edifici i de l’aspresa del

terreny contigu (té en compte els efectes de les turbulències originades pel relleu i latopografia).

- Es determina mitjançant la següent taula:




Determinació del coeficient eòlic (cp)p- El coeficient eòlic és un valor que depèn de la morfologia de l’edifici i de l’orientació de

cadascuna de les superfícies respecte del vent. Pot adoptar valors positius, que indicaranpressió sobre la superfície, o valors negatius, que indicaran succió.

- Per altra banda, es pot donar el cas que per una mateixa superfície i direcció del vent, espuguin donar diferents casuístiques que cal sotmetre a estudi.

- Queda vist que cada element estructural queda afectat de manera diferent pel vent en funcióde la seva ubicació, amb el que cal estudiar individualment cada cas, d’acord amb el que’ l’ D d l ti DB SE AEs’exposa a l’annex D de la normativa DB-SE AE.

- De la mateixa manera que en casos anteriors, s’analitzaran els elements estructurals en elü t dsegüent ordre:

1.- Pòrtic tipus 2.- Pòrtic hastial1a.- Pilars 2a.- Pilars1b.- Dintells 2b.- Dintells




Determinació del coeficient eòlic (cp)p- Pilars del pòrtic tipus




Determinació del coeficient eòlic (cp)p- Dintells del pòrtic tipus




Determinació del coeficient eòlic (cp)p

- Pilars del pòrtic hastialEls pilars del pòrtic hastial es comportaran de manera anàloga als del pòrtic tipus,Els pilars del pòrtic hastial es comportaran de manera anàloga als del pòrtic tipus,suposant que el vent actua en la direcció transversal de la nau.

- Dintells del pòrtic hastialDintells del pòrtic hastialEl vent en la direcció tranversal no afectarà als dintells del pòrtic hastial. En canvi,aquests sí tindran el mateix coeficient eòlic que els dintells del pòrtic hastial quan elvent actui en la direcció longitudinal de la nau.




Determinació del coeficient eòlic (cp)p

- Resumint:Cp1= 0,7 Cp2= -0,3 (succió)Cp3= -0,6 (succió) Cp4= 0,2Cp5= Ø Cp6= -0,6 (succió)



ACCIONS – INTRODUCCIÓ D’ACCIONS – SOBRECÀRREGA DE NEU

- La sobrecàrrega de neu és la càrrega que la neu transmet a l’estructura a través de lacoberta de l’edifici, tenint en compte la seva intensitat i distribució.

- Aquesta ve determinada per la normativa CTE DB-SE AE, que la defineix com la càrregaper unitat de superfície en projecció horitzontal (qn). Aquest valor depèn del clima de lazona, del tipus de precipitació, del relleu de l’entorn, de la forma de l’edifici o de la coberta,dels efectes del vent i dels intercanvis tèrmics en els paraments exteriors Tots aquestsdels efectes del vent i dels intercanvis tèrmics en els paraments exteriors. Tots aquestsfactors queden englobats en la següent relació:

q = µ sqn = µ·sk , on:

µ és el coeficient de forma de la cobertaµsk és el valor característic de la càrrega de neu sobre un terreny horitzontal




Determinació del coeficient de forma (µ)µ

- El vent pot ocasionar gruixos de neu no uniformes en la coberta d’un edifici. Degut a això, elcoeficient de forma ve directament determinat per la morfologia d’aquesta.g

- Cal diferenciar entre les cobertes que tenen limitacions en les cornises i les que no en tenen.Per a cobertes a dues aigües de naus industrials, generalment es pot seguir la següentnorma:

µ=1 si - La coberta té limitacions en la cornisa o,µ ,- La coberta no té limitacions i la seva pendent és inferior a 30º

µ=0 si - La coberta no té limitacions i la seva pendent és superior a 60º




Determinació del valor característic de la càrrega de neu (sk)k- El valor característic de la càrrega de neu sobre un terreny horitzontal és funció de la zona

climàtica i de l’alçada topogràfica on s’executarà l’edifici sotmès a estudi.



S ió 5Sessió 5



- METAL 3D -> COS DE CÀLCUL

- METAL 3D -> POSTPROCESSADOR

Comprovació dels elements estructurals

Dimensionament de l’estructura

Optimització de l’estructura

Estudi d’altres paràmetres


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 5METAL 3D -> COS DE CÀLCUL

- Metal 3D utilitza el mètode matricial per a calcular els esforços a que estaran sotmesos elselements estructurals del model hiperestàtic definit durant el preprocessador.

- Com és sabut, el mètode matricial consisteix en la resolució d’un sistema d’equacions definitper la següent expressió:

{Fe} = [Ke]·{Øe} on: {Fe} és el vector d’esforços nodals

[Ke] és la matriu de rigidesa global

{Øe} és el vector de desplaçaments nodals

- Per tal que el programa sigui capaç de resoldre el sistema d’equacions, cal haver definit lesaccions a què està sotmesa l’estructura, la matriu de rigidesa i els graus de llibertat impeditsdels nodes de tots els elements estructurals.

- Per a modelitzacions d’edificis industrials estàndard, el sistema a resoldre és de ~500equacions.



- Abans de calcular, es pot comprovar que totes les accions han estat introduïdescorrectament: Carga -> Hipótesis vista i activar Ver todas



- Per a calcular els esforços i deformacions a que estarà sotmesa l’estructura: Cálculo ->Calcula


PRÀCTIQUES DE TECI – SESSIÓ 5METAL 3D -> POSTPROCESSADOR

COMPROVACIÓ D’ELEMENTS ESTRUCTURALS- La característica principal de l’aplicació Metal 3D és que, a part de calcular els esforços

itj t l èt d t i i l lit i t i l i d f i l d lmitjançant el mètode matricial, realitza comprovacions tensionals i deformacionals de lesdiferents seccions d’una mateixa família de perfils: Cálculo -> Comprueba barra



COMPROVACIÓ D’ELEMENTS ESTRUCTURALS- El programa mostra en vermell les barres que no compleixen alguna de les condicions

t bl t l E t t Lí itestablertes en els Estats Límit.

- Seleccionant qualsevol element estructural, apareix una finestra amb un llistat de lesi t l f íli è i t l i d i di t d iseccions corresponents a la família prèviament seleccionada, indicant, en cada cas, si es

compleixen les comprovacions tensionals i/o deformacionals.



DIMENSIONAMENT DE L’ESTRUCTURA

- Donat l’exercici proposat, es dimensionaran els elements estructurals en el següent ordre:

Pilars pòrtic tipusDintells pòrtic tipusPilars pinyó pòrtic hastialPilars cantonada pòrtic hastialPilars cantonada pòrtic hastialDintells pòrtic hastial

- Sempre que es canviï la secció d’algun element estructural, la matriu de rigidesa variarà. Pertant, cal tornar a calcular el model per solucionar el nou sistema d’equacions i tornar acomprovar la secció de l’element substituït amb els nous esforços resultants.p ç



DIMENSIONAMENT DE L’ESTRUCTURA- Quan la solució arriba a convergir, l’estructura ha de presentar el següent aspecte:



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA

- Per tal d’optimitzar l’estructura, cal analitzar individualment cada element estructural.

- En el present exercici es mostraran 2 exemples de com optimitzar l’estructura:

Dintells pòrtic tipusPilars cantonada pòrtic hastialPilars cantonada pòrtic hastial



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – DINTELLS PÒRTIC TIPUS- Per tal d’optimitzar una estructura, cal analitzar quin es el motiu que fa que una secció no

l i i l i t t t l P i ò é i f l’ l t t t lcompleixi els requeriments estructurals. Per això és necessari forçar l’element estructural amb una secció inferior a la que s’ha comprovat que funciona.

S’ ll IPE 270 l di t ll d l ò ti ti i ’ lit l t t- S’escull un IPE 270 per als dintells del pòrtic tipus i s’analitza el seu comportament.



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – DINTELLS PÒRTIC TIPUS- Si s’analitza el dintell del pòrtic tipus amb una secció IPE 270, es comprova que no compleix

l ió t i lla comprovació tensional.

Ll é i lit d t ll i é l t t t i l d’ t l t- Llavors, és necessari analitzar en detall quin és el comportament tensional d’aquest elementestructural.



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – DINTELLS PÒRTIC TIPUS- L’aplicació Metal 3D permet analitzar els diagrames envolvents dels diferents esforços, de

l d f i i d l’ t t t i l d l l t t t lles deformacions i de l’estat tensional dels elements estructurals.

- Per a veure gràficament l’estat tensional del dintell: Cálculo -> Envolventes



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – DINTELLS PÒRTIC TIPUS- Observant la gràfica, es pot comprovar que la comprovació tensional falla únicament en la

fi lit l di i ió d l t l lzona on finalitza la disposició de la cartel·la.

Zona on el dintell no compleix la comprovació tensionalp



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – DINTELLS PÒRTIC TIPUS- És lògic pensar que si s’allarga la cartel·la fins al punt on s’inicien els problemes amb la

t ió d l di t ll ld à t l ió d’ t t l d ti l t ttensió del dintell, no caldrà augmentar la secció d’aquest per tal de garantir la seguretatestructural de l’edifici.

M t l 3D t bt i d d è i l l t d l’ l t t t l- Metal 3D permet obtenir dades numèriques en qualsevol punt de l’element estructural:Cálculo -> Envolvente en 1 punto



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – DINTELLS PÒRTIC TIPUS- És comprova que el primer punt on el dintell sense cartel·la compleix la comprovació

t i l é 3 45 Ai í d l ll l t l l fi t ttensional és a x=3,45m. Així doncs, cal allargar la cartel·la fins a aquest punt.



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – DINTELLS PÒRTIC TIPUS- Finalment, es torna a calcular i a comprovar les barres. Es pot observar que el dintell compleix

t t l i t i l i d f i l l it t d’ t l iótotes les comprovacions tensionals i deformacionals sense la necessitat d’augmentar la secció.OPTIMITZAT!



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – PILARS CANTONADA HASTIAL- A simple vista, sobta veure que la secció dels pilars de cantonada del pòrtic hastial sigui

ibl t i l d l il t l d l t i ò ti j i i bsensiblement superior a la dels pilars centrals del mateix pòrtic, ja que, a priori, reben menyssol·licitacions que aquests.

- La qüestió és que els pilars de cantonada estan sol·licitats en les dues direccions dels seus- La qüestió és que els pilars de cantonada estan sol licitats en les dues direccions dels seuseixos, amb el que han de resistir esforços en els dos plans de treball (pla principal i pla dèbil).



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – PILARS CANTONADA HASTIAL- Es pot donar el cas que l’optimització de l’estructura vingui donada per un canvi de concepció

l t i d l d len la geometria del model.- La raó per la que la secció del pilar de cantonada sigui tant elevada ve donada per què ha de

resistir molt esforç en el seu pla dèbil. Així doncs, cal provar si orientant el pilar d’una altramanera s’aconsegueix reduir la secció sense comprometre la seguretat estructuralmanera, s aconsegueix reduir la secció sense comprometre la seguretat estructural.



OPTIMITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA – PILARS CANTONADA HASTIAL- Calculant i comprovant les barres, s’observa que es pot reduir notablement la secció d’aquest

l t OPTIMITZAT!element. OPTIMITZAT!

R lit t t ti it i ’h it t l i d 3000€ l t t t l d- Realitzant aquestes optimitzacions, s’ha aconseguit un estalvi de ~3000€ en el cost total del’estructura.



ESTUDI D’ALTRES PARÀMETRES

- Com ja s’ha comentat, Metal 3D permetvisualitzar tot tipus de diagrames d’esforços(moments flectors, moment torsor, axils i tallants),així com gràfiques tensionals i de deformacions:així com gràfiques tensionals i de deformacions:Cálculo -> Envolvente

En tots els casos es pot consultar numèricament- En tots els casos, es pot consultar numèricamentqualsevol d’aquests paràmetres en un puntdeterminat de l’element estructural (Cálculo ->Envolventes en 1 punto), així com el seus valorsmàxims del mateix element (Cálculo -> Envolventemáxima).

- L’aplicació també permet visualitzar els resultats,tant gràfica, com numèricament, de qualsevolcombinació de càrrega desitjada: Cálculo -> Leyes



ESTUDI D’ALTRES PARÀMETRES – DEFORMACIONS

- Observacions:



ESTUDI D’ALTRES PARÀMETRES – MOMENTS FLECTORS EN PLÀ PRINCIPAL

- Observacions:



ESTUDI D’ALTRES PARÀMETRES – AXIL

- Observacions:



ESTUDI D’ALTRES PARÀMETRES – TALLANTS

- Observacions:


Documents

PRÀCTIQUES DE TECI - ocw.upc.edu · - CYPE. Cálculo de estructuras metálicas con Metal 3D.con Metal 3D. Antonio Manuel Reyes. Ed. Anaya Multimedia ... Nuevo - Cal triar la