Upload
ignacio-felipe
View
615
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
ESTRUCTURA TIPO GALPON
Método de tensiones admisibles
2013
Patricio Cifuentes Luis Fuentes
Ignacio Marislao
1
INDICE
1 DESCRIPCION DEL PROYECTO ......................................................................... 2
2 METODO DE DISEÑO .......................................................................................... 2
3 NORMAS Y CODIGOS A UTILIZAR. ................................................................... 3
4 MATERIALES EMPLEADOS, CALIDADES Y PROPIEDADES MECANICAS. .... 4
5 CARGAS Y SOBRECARGAS DE USO. ............................................................... 6
6 COMBINACIONES DE CARGA. ........................................................................... 7
7 FLECHAS ADMISIBLES. ...................................................................................... 8
8 HIPOTESIS DE ANALISIS Y DISEÑO. ................................................................. 8
10 SOLICITACIONES DE LA ESTRUCTURA. ....................................................... 9
10 MOMENTOS, CORTANTES Y AXIALES PARA COMBINACIONES DE
CARGA. ................................................................................................................. 12
C1: ......................................................................................................................... 12
C2: ......................................................................................................................... 14
C3: ......................................................................................................................... 15
11 MEMORIA DE CÁLCULO. ................................................................................ 18
FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE COMPRESION COMPUESTA. 19
FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE COMPRESION COMPUESTA. 23
DISEÑO UNION APERNADA. ............................................................................... 29
DISEÑO DE SOLDADURAS. ................................................................................. 30
ARRIOSTRAMIENTOS. ......................................................................................... 31
DISEÑO DE COSTANERAS. ................................................................................. 32
2
1 DESCRIPCION DEL PROYECTO
La presente Memoria de Cálculo se refiere al análisis y diseño
estructural correspondiente al diseño de una estructura tipo galpón, el
que se emplazará en calle Chacabuco esquina Yerbas Buenas, Los
Andes, Región de Valparaíso.
En términos generales, la estructura es un sistema de pórticos
dividido en 7 marcos metálicos los cuales presentan simetría, dentro de
lo cual están separados por una distancia de 6 metros respectivamente.
Por las aptitudes geotécnicas, las fundaciones consisten en un
sistema tradicional de cimentación continua, vigas de fundación y
zapatas unidas a través de cadenas de amarre, formando una parrilla de
fundación cimentada.
2 METODO DE DISEÑO
El edificio será estructurado en base a una combinación de pórticos
metalicos con una techumbre de perfiles de acero por lo cual
consideraremos los siguientes métodos:
-Estructuras de Acero: Método de las tensiones admisibles
- Estructuras de Hormigón Armado: Método a la Rotura
3
3 NORMAS Y CODIGOS A UTILIZAR.
Hormigones
- Nch 170 Of 85: “HORMIGON – REQUISITOS GENERALES”.
- Nch 430 Of 2008: “HORMIGON ARMADO – REQUISITOS DE DISEÑO
YCALCULO”.
- Código ACI 318-S08 “REQUISITOS DE REGLAMENTO PARA
CONCRETOESTRUCTURAL Y COMENTARIO”.
Acero de Refuerzo
- Nch 211 Of 70: “BARRAS CON RESALTES EN OBRAS DE
HORMIGONARMADO”.
- Nch 434 Of 70: “BARRAS DE ACERO DE ALTA RESISTENCIA EN
OBRAS DEHORMIGON ARMADO”.
- CAP: “BARRAS DE ACERO PARA HORMIGON”.
Acero Estructural
- Codigo ANSI/AWS: “STRUCTURAL WELDING CODE-STEEL”
- Nch 1159 Of 77: “ACERO ESTRUCTURAL DE ALTA RESISTENCIA Y
BAJAALEACION PARA CONSTRUCCION”
- ICHA: “MANUAL DE DISEÑO PARA ESTRUCTURAS DE ACERO”, 2001.
- ICHA: “ATLAS DE DETALLES ESTRUCTURALES”, 1976
Cargas, sobrecargas y Normas de diseño
- Nch 1537 Of 2009: “DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS –
CARGASPERMANENTES Y SOBRECARGAS DE USO”
- Nch 432 Of 71: “CALCULO DE LA ACCION DEL VIENTO SOBRE LAS
CONSTRUCCIONES”
- Nch 433 Of 96 Modif 2009: “DISEÑO SISMICO DE EDIFICIOS”
- Diario Oficial de la República de Chile, 25 de Febrero de 2011:
“MODIFICACIONES DE EMERGENCIA A NCh 433 Of 96 y NCh 430 Of
2008”
4
- NCh 3171 Of 2010: “DISEÑO ESTRUCTURAL – DISPOSICIONES
GENERALES YCOMBINACIONES DE CARGA”
4 MATERIALES EMPLEADOS, CALIDADES Y PROPIEDADES
MECANICAS.
ACERO ESTRUCTURAL:
- Perfiles: calidad A42-27ES
- Tensores y fierro redondo: A37‐24ES
- Pernos de anclaje: Calidad ASTM A307
- Planchas e insertos: para e <= 6 mm A37-24ES
para e = > 6 mm ASTM A36 (equiv. A42-27ES)
- Pernos para uniones: Calidad ASTM - A325X
Acero Estructural
Peso específico (γ) 7.85 t/m3
Módulo de Elasticidad ( E ) 2100000 kg/cm2
Módulo de Poisson ( v ) 0.3
Coef. De Dilatación térmica ( α ) 0.000012/ Co
Módulo de corte (G) 807692 kg/cm2.
Tensión de Fluencia ( Tf ) 2700 kg/cm2.
Tensión Ultima ( Tu ) 4200 kg/cm2.
HORMIGON
- Hormigón para muros: calidad H30, 90% nivel de confianza
- Hormigón para emplantillados: calidad H5, 80% nivel de confianza
- Hormigón para resto de elementos de H.A. calidad H30, 95% nivel de
confianza
-Recubrimientos mínimos:
- 5 cm en fundaciones
5
- 3 cm en cadenas de amarre de fundaciones
- 2 cm en losas, vigas, pilares y muros.
Hormigón
Calidad H-30
Resistencia a la Compresión ( f´c )
250 kg/cm2
Módulo de Elasticidad ( E )
Estático 238752 kg/cm2
Sísmico 329000 kg/cm2
Corte Máximo Admisible (τ máx)
6,4 kg/cm3
Coef. De Poisson ( v ) 0,2
Módulo de Corte no se utiliza en el método a la
rotura
Coef. De Expansión Térmica (α) 1.43E-5 1/°C
- ACERO DE REFUERZO.
Calidad A44-28H en muros. Para el resto de elementosestructurales de
Hormigón Armado, se empleará acero calidad A63-42H.
- SOLDADURAS.
- SOLDADURAS HECHAS EN TALLER: Se harán usando proceso
MIG,electrodo E70-S6
- SOLDADURAS HECHAS EN TERRENO: Se harán usando proceso arco
manual,electrodo E70XX.
Acero de Refuerzo
Peso específico ( γ ) 7.85 t/m3
Módulo de elasticidad ( E ) 2100000 kg/cm2
Módulo de Poisson ( ν ) 0,3
Coeficiente de dilatación térmica ( α ) 1,1 x 10-5 1/ Co
Módulo de corte: G 807692 kg/cm2
6
5 CARGAS Y SOBRECARGAS DE USO.
-CARGAS MUERTA (D): Peso propio de los perfiles, estructuras y de todo
aquel elemento estructural o no estructural que se encuentre sobre el
elemento en cuestión. Corresponde esencialmente a la carga
permanente. Se determinan a partir de NCh 1537 Of 2009.
Para simplificaciones de cálculo utilizaremos para este caso:
-CARGAS VIVAS: 30 kg/m2 para la estructura de la techumbre
afectado por losrespectivos coeficientes de reducción por pendiente de
techo y área tributaria. Complementan con las especificaciones de NCh
1537 Of 2009.
-CARGAS SISMICAS: La determinación de las solicitaciones
sísmicas se regirá segúnlo establecido en la norma chilena NCh 433 Of 96
Mod 2009, más la modificación de emergencia aparecida en el Diario
Oficial de República de Chile, del 25 de Febrero de 2011. El método de
análisis será el Modal Espectral.
-CARGAS DE VIENTO: La determinación de las cargas de viento
se regirá según loestablecido en la norma chilena NCh 432 Of 71.
-CARGAS DE NIEVE: los valores que utilizaremos para este caso
son los que corresponden según NCh 431of77.Considerando que el
edificio se emplazara en Los Andes, utilizaremos una sobrecarga de nieve
de 25 kg/m2. Considerando la eventualidad de esta carga y el hecho de
7
que la sobrecarga de techumbre es mayor que la sobrecarga de nieve, y
siendo ambas del tipo gravitacional utilizaremos solo la mayor de ambas
en las combinaciones que así lo permitan. Predomina la sobrecarga de
techo.
6 COMBINACIONES DE CARGA.
Las combinaciones de cargas serán las establecidas en NCh
3171 Of 2010 más lascomplementaciones correspondientes según acción
de cálculo, tanto para estado límite deservicio como estado límite último, y
dependiendo de la metodología de diseño.
Se utilizaran las combinaciones de carga de acuerdo a la
NCh3171of2010 teniendo finalmente:
Por Tensiones Admisibles
C1= D + L
C2=D + 0.75*L + 0.75*V
C3=D + 0.7*S
Con:
D = carga permanente
S = carga sísmica según NCh 433
L = carga de uso según NCh1537
V = carga de viento según NCh 432
8
7 FLECHAS ADMISIBLES.
Las flechas que se consideran son:
-Costaneras de techo de acero: L/200
-Vigas y columnas: L/200
8 HIPOTESIS DE ANALISIS Y DISEÑO.
- Se considera valida la Ley de Hooke, asumiendo que existe proporcionalidad entre tensiones y deformaciones.
- Se supondrá válida la Hipótesis de Bernoulli (las secciones planas se mantienen planas después de deformarse)
- Se supondrá que el acero tiene un comportamiento elasto-plástico perfecto
- Se asumirá que existe perfecta adherencia entre hormigón y acero
- Se supondrá que el módulo de elasticidad se mantiene constante para los materiales a emplear
- Las soldaduras se consideran elementos homogéneos, isotrópicos y
elásticos.
- Las partes conectadas por las soldaduras son rígidas y por lo tanto se
desprecian sus deformaciones.
- Sólo se consideran esfuerzos debido a las cargas externas, se desprecia
esfuerzos residuales.
9
9 ASPECTOS ESPECIALES DE MODELADO Y
ANALIZIS.
La estructura será analiza como un marco metálico considerando una
sola sección para todo el marco y así mantener la Inercia a través de todo el
sistema, se diseñara a la solicitación más desfavorable y en la base de los
pilares se consideraran empotrados a la base de la zapata. Las costaneras
serán analizadas a la solicitación del viento al igual que las riostras.
Finalmente analizaremos pernos y soldaduras en las uniones.
Para el análisis y diseño se empleara, RAM 9.0, más algoritmos propios.
10 SOLICITACIONES DE LA ESTRUCTURA.
Carga muerta:
11
Sismo
De acuerdo a NCH 433 tenemos Q = CIP por lo que:
LOS ANDES Zona 1
S 1
To 0,3
T´ 0,35
n 1,33
p 1,5
I 0,6
Ao 0,3g
R 4
Qo 0,3979
17
De acuerdo a los diagramas mostrados, se diseñara con la
combinación más desfavorable que es C1=D+L
18
11 MEMORIA DE CÁLCULO.
Se presentan cálculos de la estructuras de acuerdo a los perfiles escogidos.
Primero comprobaremos el perfil y luego la deformación.
Perfil escogido para marco estructural:
PERFIL(mm):
A=500
B=300
e.=14
t=8
19
Propiedades del perfil I 50/30/1,4/0,8
Ixx 56625 rx 22
Iyy 6304 ry 7,20
y 25 rc 4
Ac 42 r´ 1
At 42 λc 205
A´c 48 λ 1071
Ic´ 934 area 122
Wy 229 Wx 2265
El perfil es no compacto para todo el marco, se verifica a continuación:
2144024006,06,0
7,336)16,1(
3,98459
3,164,2
19,2519,254,10
'
cmKg
FFt
SIFFe
b
SIFe
c
f
ff
f
FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE
COMPRESION COMPUESTA.
115,0 bx
bx
a
a
a
a
F
f
F
f
F
fsi
Calculamos longitud efectiva para ambas columnas:
20
Calculamos Fa:
Para L: 900 cm.
(Se anexan tablas de Coeficiente K. Desplazamiento Lateral Permitido)
Por tablas:
888,2900
2600
c
v
v
v
c
c
bL
L
LI
LI
G
1AG
21
De acuerdo a tabla desplazamiento lateral permitido tenemos que K=1,51
Y por lo tanto verificamos las esbelteces:
Tenemos:
61,7722
90051,1
x
xr
LK
1252,7
9001
y
yr
LK
Por lo que controla la esbeltez mayor
Compresión elástica teórica
λx= 63,43569975
λy= 125,0793949
λmayor= 125,0793949
Por lo tanto:
Fa 1252,456207
Calculamos Fbx:
Volcamiento flexión de las alas.
1- Fc=0,6 Ff
2- f
CfF
C
F
2
3283
2
. 3-
Tenemos el caso n° 3
22
VOLCAMIENTO NO COMPACTA
Volcamiento ,flexión de las alas
204,69 > 185,02
Fc= 2449,59729 kg/cm2
Volcamiento torsión 1071,428571 < 1347,42
Fc= 1440 kg/cm2
Consideramos el caso más conservador:Fbx=1440 kg/cm2
Calculamos fa, para las 3 combinaciones:
C1 C2 C3
P 3148,91 1352,89 860,42
A 122 122 122
fa 25,8107377 11,0892623 7,05262295
Calculamos fbx, para las 3 combinaciones:
C1 C2 C3
M 12702 4925 3315
S 2255 2255 2255
fbx 563,281596 218,4035477 147,006652
Verificamos:
115,0 bx
bx
a
a
a
a
F
f
F
f
F
fsi
fa/Fa 0,02060965 0,00885141 0,00563034
fbx/Fbx 0,39116778 0,15166913 0,10205716
fa/Fa+fbx+Fbx 0,41177742 0,16052054 0,10768749
Verificamos la sección para la columna izquierda.
23
FLEXION COMPUESTA.TEORIA ELASTICA DE
COMPRESION COMPUESTA.
115,0 bx
bx
a
a
a
a
F
f
F
f
F
fsi
Calculamos longitud efectiva para ambas columnas:
Calculamos Fa:
Para L: 700 cm.
(Se anexan tablas de Coeficiente K. Desplazamiento Lateral Permitido)
24
Por tablas:
De acuerdo a tabla desplazamiento lateral permitido tenemos que K=1,52
Y por lo tanto verificamos las esbelteces:
Tenemos:
48,045522
70051,1
x
xr
LK
97,2222,7
7001
y
yr
LK
Por lo que controla la esbeltez mayor
Compresión elástica teórica
λx= 48,0455
λy= 97,222
λmayor= 97,222
Por lo tanto:
Fa 1266,234665
714,3700
2600
c
v
v
v
c
c
bL
L
LI
LI
G
1AG
25
Calculamos Fbx:
Volcamiento flexión de las alas.
3- Fc=0,6 Ff
4- f
CfF
C
F
2
3283
2
. 3-
Tenemos el caso n° 2
VOLCAMIENTO NO COMPACTA
Volcamiento ,flexión de las alas
82,92 ≤ 159,20 ≤ 185,02 Fc= 1010,02 kg/cm2
Volcamiento torsión
833,3333 < 1347,42
Fc= 1440 kg/cm2
Consideramos el caso más conservador: Fbx=1010,02 kg/cm2
Calculamos fa, para las 3 combinaciones:
C1 C2 C3
P 3422,4 1705,01 1017,11
A 122 122 122
fa 28,052459 13,9754918 8,33696721
Calculamos fbx, para las 3 combinaciones:
C1 C2 C3
M 11795,96 6740,21 3728,77
S 2255 2255 2255
fbx 5,23102439 2,989006652 1,65355654
26
Verificamos:
115,0 bx
bx
a
a
a
a
F
f
F
f
F
fsi
fa/Fa 0,02215834 0,01103909 0,00658528
fbx/Fbx 0,51792321 0,29594125 0,16371847
fa/Fa+fbx+Fbx 0,54008155 0,30698035 0,17030375
Verificamos la sección para la columna derecha..
27
Verificamos la deformación para el perfil escogido.
Mostraremos solo las deformación en la viga de 26 metros y anexaremos gráficos de
deformación de las columnas al final de la memoria.
Estados considerados:
C1=CM+CV
C2=CM+0.75CV+0.75V
C3=CM+0.7S
MIEMBRO : 2 Largo : 26.077 [m] Nudo J : 2
Material : A36 Sección : I 50/30/1,4/0,8 Nudo K
: 3
Estado : C1=CM+CV
Deflexión [cm], Long [m]
28
Estado : C2=CM+0.75CV+0.75V
Deflexión [cm], Long [m]
Estado : C3=CM+0.7S
Deflexión [cm], Long [m]
Comprobamos que la deformación es menor que la admisible en los 3 casos.
Y que la mayor deformación es en C1=5,41cm menor que la admisible.
29
DISEÑO UNION APERNADA.
Placa de 60*40
-Determinación Eje Neutro
Y=5,5
-Determinación Momento de Inercia
8,174853
23
dAYb
I
-Cálculo de esfuerzo a tracción
22 cmT44,1
cmT0,1)5.535(
8.17485
601 tt Fcc
I
Mf
Qp=P/ N° pernos=2220/6=370
fv =0,096 ton/cm2
Ft=1,68-1,6 fv 1,526 ton/cm2
f t F t
Se verifica la conexión apernada de la sección con pernos de 12mm.
30
DISEÑO DE SOLDADURAS.
Unión soldada entre columna y viga, se calcula con una tensión admisible de 1ton/cm2,
respecto a lo visto en el curso.
L=212,8 cm
A=1 cm
t.=0,707*a=0,707 cm
A= 212,8 *1=212,8 cm^2
Inercia de la soldadura.
Ixx= =81550,6
IYY = =8649
Izz = IXX + IYY = 90200 cm4
Wxx=Ixx/25= 3262,02 cm^3
Tomamos el momento más desfavorable.
31
Fm=12,7/3262=0,00001 ton/cm^2
f.c=3,1/212,18=0,014
f.=0,014
fadm>F
ARRIOSTRAMIENTOS.
Riostras de 6mm
A=0,28cm^2
Debido largo y alto de la elevación ocuparemos 4 diagonales por cada módulo.
m
KgVV 18075,068,0
Cálculo tracción en arrostramientos
Cálculo De Esfuerzo a tracción
22 44,124,028,0
068,0
cmTF
cmT
A
Tf tt
TT
T
TV
T
d
sotavento
d
0,06816
1,0981000
6
32
DISEÑO DE COSTANERAS.
NOTA: en las zonas donde existe mayor momento en la viga, se
reforzara con doble costanera, actúan como vigas puntales, ver
detalles en planos.
Costaneras de techumbre.
33
Propiedades del Perfil
Perfil C
100/50/15/3
P 4,95 kg/cm
A 6,31 cm2
Ixx 97,8 cm4
Wxx 19,56 cm3
ixx 3,94 cm
Iyy 20,52 cm4
Wyy 6,52 cm3
iyy 1,8 cm
Tendremos las siguientes consideraciones
Eje fuerte.
Eje debil.
34
C1: (CM+SC)
mkg
sensenSCPPP
mkg
SCPPP
y
x
22,3)3987,4(1)3012()3987,4(1)(
87,41)3987,4cos(1)3012()3987,4cos(1)(
Mmáx = 188,45x-x
Mmáx =11,59 y-y
Ahora el Mmáxx-x/1440<Wxx costanera
Ahora el Mmáxy-y/1440<Wyy costanera
Se verifica la costanera
Verificamos la deformación:
okcmL
cmIE
Lp][3
200
600
200][95,0
384
5 4
C2: CM+0,75SB+0,75V
mkg
senSENSCPPP
mkg
P
VSCPPP
y
X
x
64,2)3987,4(1)3075,012()3987,4(1)75,0(
39,191*50*4,0*75,0)3987,4cos(1)3075,012(
75,0))3987,4cos(1)75,0((
35
Mmáx = 87,255x-x
Mmáx =9,504 y-y
Ahora el Mmáxx-x/1440<Wxx costanera
Ahora el Mmáxy-y/1440<Wyy costanera
Se verifica la costanera
40
Resultados del Análisis
Estados considerados:
C1=CM+CV
C2=CM+0.75CV+0.75V
C3=CM+0.7S
MIEMBRO : 1 Largo :
9.000 [m] Nudo J : 1
Material : A36 Sección : I 50/30/1,4/0,8 Nudo K : 2
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Estado : C1=CM+CV
Deflexión [cm], Long [m]
Estado : C2=CM+0.75CV+0.75V
Deflexión [cm], Long [m]
41
Estado: C3=CM+0.7S
Deflexión [cm], Long [m]
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
MIEMBRO : 2 Largo :
26.077 [m] Nudo J : 2
Material : A36 Sección : I 50/30/1,4/0,8 Nudo K : 3
Estado : C1=CM+CV
Deflexión [cm], Long [m]
Estado : C2=CM+0.75CV+0.75V
43
MIEMBRO : 3 Largo :
7.000 [m] Nudo J : 3
Material : A36 Sección : I 50/30/1,4/0,8 Nudo K : 4
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Estado : C1=CM+CV
Traslación en 2
Deflexión [cm], Long [m]
Estado : C2=CM+0.75CV+0.75V
Deflexión [cm], Long [m]