diseño en acero

ÍNDICE1. PREDIMENCIONAMIENTO:............................................................................................................3

1.1. Pre-dimensionamiento de losas:......................................................................................................4

1.2. Pre-dimensionamiento de vigas:......................................................................................................4

1.3. Pre-dimensionamiento de columnas:...............................................................................................5

2. PARAMETROS SISMICOS SEGÚN NTE E.030:.............................................................................9

2.1. Factor de Zona.................................................................................................................................9

2.2. Tipo de suelo...................................................................................................................................9

2.3. Factor de amplificación sísmica.......................................................................................................9

2.4. Categoría de las edificaciones..........................................................................................................9

2.5. Sistema estructural.........................................................................................................................10

3. CARGAS:..........................................................................................................................................10

4. ANALISIS ESTÁTICO:....................................................................................................................12

5. EMPLEO DEL ETABS EN EL ANALISIS ESTATICO:.................................................................13

5.1. Definición del material empleado..................................................................................................13

5.2. Definición de secciones.................................................................................................................14

5.4. Ingreso de cargas en la losa...........................................................................................................16

5.5. Ingreso de cargas de sismo. Sxx y Syy.........................................................................................18

6. RESULTADOS:................................................................................................................................19

6.1. Distorsión para Sismo en X...........................................................................................................21

6.2. Distorsión para Sismo en Y...........................................................................................................217. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................................................................228. ANEXOS: PLANOS9.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS...............................................................................................................22

2

1. PREDIMENCIONAMIENTO:

Datos para el cálculo, a continuación se presenta la geometría del modelo analítico propuesto:

VISTA EN PLANTA

Fig. 1-Planta de la edificación.

VISTA EN PERSPECTIVA

3

Fig. 2-Vista 3D.

1.1. Pre-dimensionamiento de losas:

Por tratarse de una estructura de acero lo mas adecuado es usar placas colaborantesen cada piso, la

siguiente tabla muestra las propiedades de la placa AD - 600, donde se muestra

PLACA COLABORANTE AD-600

Calibre. (Gage) Nº20 Nº22 Nº18Espesor 0.90 mm 0.75 mm 1.20 mmPeralte 60 mmAncho total 920 mmAncho útil 900 mmAcabado galvanizadoLongitud A medida

PROPIEDADES DE LA SECCIÓN DE ACERO: AD-600

Calibre Wssd I Ssup Sinf

(gage) (kg/m2) (cm4/m) (cm3/m) (cm3/m)22 9,12 59,74 18,32 23,320 10,88 70,73 21,73 27,68

PROPIEDADES DEL CONCRETO (f’c = 210 kg/cm2) : AD-600

Altura de losa Volumen de Concreto Carga Muerta Aconsd t (cm) M3/m2 Kg/m2 M2/m

11 0,074 177,6 0,07412 0,084 201,6 0,08413 0,094 225,6 0,09414 0,104 249,6 0,10416 0,124 297,6 0,12415 0,114 273,6 0,114

TABLA Nº 01: CARACTERISTICAS TECNICAS DE PLACA COLABORANTE: AD – 600

4

Calibre L: Luz LibreGage m 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00

1,50 2000 2000 2000 2000 2000 20001,75 2000 2000 2000 2000 2000 20002,00 1650 1911 2000 2000 2000 2000

2,25 1243 1445 1647 1849 2000 2000

2,50 952 1112 1272 1432 1592 1753

2,75 689 865 995 1124 1253 1382

22 3,00 487 661 784 889 995 1101

3,25 364 475 619 707 794 8823,50 254 338 465 562 638 708

3,75 172 236 334 445 506 568

4,00 - 157 234 329 401 453

4,25 - - 156 231 314 358

4,50 - - - 154 228 278

1,50 2000 2000 2000 2000 2000 20001,75 2000 2000 2000 2000 2000 2000

2,00 1962 2000 2000 2000 2000 2000

2,25 1489 1731 1974 2000 2000 2000

2,50 1035 1344 1537 1730 1923

2,75 731 1025 1213 1369 1526 1682

20 3,00 520 741 967 1095 1224 1353

3,25 368 537 716 882 989 1096

3,50 277 388 526 694 803 892

3,75 190 276 384 516 652 728

4,00 - 190 274 379 505 594

4,25 - - 189 273 374 482

4,50 - - - 189 270 367

t = Espesor de la Losa

TABLA Nº02: SOBRECARGAS ADMISIBLES (KG/M2) CON CONCRETO F'C=210 KG/CM2

5

I. METRADO DE CARGAS:

Carga muerta

a) Peso de placa colaborante………………. 180,00 kg/m2b) Piso terminado ……………………………….. 100,00 kg/m2c)Tabiqueriamovil……..………………………… 100,00 kg/m2d) Instalaciones …….…………...………………… 30,00 kg/m2

CM: 410,00 kg/m2

Carga Viva

a) Sobrecarga(1er y 2do piso).………………….. 250,00 kg/m2CV: 250,00 kg/m2

Wu= 1.2*CM + 1.6*CV = 892,00 kg/m2

Según este metrado, se escoge un peralte para la placa colaborante, de la tabla Nª02 de cargas admisible por metro cuadrado tenemos que para una separación entre viguetas de 2m puede soportar 1962 kg/m2 nos da un peralte de 11 cm y pesa aprox. 180 kg/m2 junto con la lamina de acero.

6

11cm

1.2. Pre-dimensionamiento de viguetas y vigas principales:

892,00 kg/m2

L= 6 m

Wu=

VIGUETA

M= Wu*L2/8 = 4014 kg-m

M= 29,03 Klb-ft

Zreq= 7,742 pulg3 acero grado 50

d= L(pulg)/20= 11,81

W12X19Entonces perfil aprox=

L= 8

P P P

VIGA PRINCIPAL

7

M= Wu*L2/8 = 26563,874 kg-m

M= 192,13 Klb-ft

Zreq= 51,236 pulg3 acero grado 50

d= L(pulg)/20= 15,75

W16X36Entonces perfil aprox=

1.3. Pre-dimensionamiento de columnas:

Para las columnas hacemos un metrado aproximado del edificio asumiendo solo pesos de las losas, vigas

y sobrecargas, claro que solo será una aproximación, el cual se verificará una vez analizado la estructura.

Hacemos un metrado: (Las cargas que se muestran en la Tabla 1.3 será explicado en la sección 3)

1er y 2do PISO 3er. PISO UNIDADES

Aligerado 180 180 Kg/m²Acabados 100 100 Kg/m²Tabiquería 100 0 Kg/m²WL (s/c) 250 100 Kg/m²

Carga factorada 892 496 Kg/m²Peso en

columna central 21.4 11.9 ton

Por lo tanto en dicha columna central soporta aprox. 2*21.4 + 11.9 = 54.7 ton<> 120.6 klb

8

Como predimensionamiento ensayamos un perfil W8x15 y comprobamos si cumple a compresión axil, ya luego se diseñara por flexo compresión.

Pu 120,6 klbL= 9,84 piesAg= 4,44 >>>>> W8X15Fy= 50 ksiE= 29000k= 1

rx= 3,42 kl/rx 34,526

ry= 1,61 kl/ry 73,342max 73,342

Fe= 53,2фFcr= 30,37 ksi

Pv= 134,83

Pv= 134,83 > Pu 120,6

¡pasa!

2. PARAMETROS SISMICOS SEGÚN NTE E.030:

Para este caso asumimos que tenemos tipo de suelo S-3, uso para oficinas, ubicado en Lima, con esto

podemos obtener los parámetros sísmicos de la norma E.030.

9

2.1. Factor de Zona.

Como ya se ha visto Lima está en la zona 3, esto es Z=0.4 (Probabilidad de ser excedido en 50años).

2.2. Tipo de suelo.

El tipo de suelo es S3: Suelos flexibles o con estratos de gran espesor.

Tp=0.9s y S=1.4

2.3. Factor de amplificación sísmica.

T=H n

CT=0.26

Para un edificio de 3 pisos C=2.5( T p

T )=2.5 ( 0.90.42 )=5.36 ,

Pero C ≤ 2.5, por lo que C=2.5

2.4. Categoría de las edificaciones.

De la norma se considera para oficinasU =1.0, pertenece a edificaciones importantes (C).

2.5. Sistema estructural.

El sistema dual estructural (1) …….. (R=9.5)

Desplazamiento lateral permisible. ……Δ/hentre pisos<0.01

3. CARGAS:

De acuerdo a la norma de cargas E.020, se tiene para aligerado, acabados, tabiquería, y S/C.

Placa colaborante

10

De la norma para una luz menor o igual a 7m a 7.5m, con un peralte de 11cm, se debe considerar una

carga por peso de aligerado de 180Kg/m².

Acabados:

Se considera una carga distribuida de 100kg/m², en todos los niveles.

Tabiquería.

Se trabaja con una carga repartida de 100Kg/m², para los niveles del 1er piso al 2do, mientras que para el

último piso no se considera tabiquería.

Sobre carga.

Para oficinas (250Kg/m²). Excepto para el último piso que se debe de considerar solo 100Kg/m².

11

ANALISIS ESTÁTICO:

V bst=ZUCS

RW =0.4 x1.0 x1.4 x2.5

9.5xW =0.147 W W =W D+0.25 ∙W L

ANALISIS ESTATICO1er y 2do.

PISO 3er. PISO UNIDADES

Pu =PD + 25%PL 69.00 35.60 ton

Tabla 5.1.-Calculo del peso de la edificación.

Luego se tendrá. Como se muestra Tabla 5.1.-Calculo del peso de la edificación.

W =173.60ton

Donde se uso:C=2.5,

Por lo que se tendrá una cortante basal, por análisis estático de

V bst=0.147 x 173.60 t=25.58ton.

Determinamos la distribución de fuerza sísmica en altura.

PISO Wi hi Wixhi Fi

3 35.6 9.0 320.40 2.39 ton2 69 6.0 414.00 9.28 ton1 69 3.0 207.00 13.91 ton

∑suma 173.60 941.40 25.58 ton

Tabla 5.2.-Calculo distribución de fuerza sísmica.

Dado T>0.7

12

T=H n

CT=25

60=0.42→∴Fa=0

Distribución de la fuerza sísmica en cada nudo del diafragma rígido. (Fi/2) dirección x

PISO Wi hi Wixhi Fi Fi/2

1 35.6 9.0 320.40 2.39 1.20 ton2 69 6.0 414.00 9.28 4.64 ton3 69 3.0 207.00 13.91 6.95 ton

4. EMPLEO DEL ETABS EN EL ANALISIS ESTATICO:

4.1. Definición del material empleado.

El material que emplearemos en todo el edificio será acero (570 Gr.50), en este caso solo se usa pórticos (sistema a porticado).

Fig. 4.2.-Ingresamos como material al acero(Steel)

4.2. Definición de secciones.

Ingresamos las viguetas de perfil W12X19, así como las vigas.

13

Ingresamos las vigas principalesde perfil 16x36W, con material acero ya definido.

Ingresamos las columnas de perfil W8X15

14

Ingresamos la losa tipo DECK de 11 cm de espesor, con material concreto ya definido, tipo membrana.

15

4.3. Ingreso de cargas en la losa.

Fig. 4.1.-Ingresamos las cargas de Piso terminado (no consideramos el peso de la

placa DECK, pues el programa ya lo supone), la carga viva para el ultimo piso.

Fig. 4.2.-Ingresamos las cargas muertas de la tabiquería y

acabados(230kg/m2)para los dos primeros pisos y carga viva de 250 kg/m2

4.4. Ingreso de cargas de sismo.SXX y SYY

Fig. 7.-En la figura se muestra el ingreso de la carga sísmica en el análisis estático

16

Fig. 8.-En la figura se muestra el ingreso de la fuerza sísmica en el eje X para el análisis, obsérvese que esta dividida por dos, pues se tuvo que repartir entre dos nudos en cada piso.

17

En la figura se muestra el ingreso de la fuerza sísmica en el eje Y, obsérvese que esta dividida por tres, pues se tuvo que repartir entre tres nudos en cada piso.

Una vez analizado la estructura nos enfrentamos con un desplazamiento excesivo en el ultimo piso, lo

cual no esta contemplado en el reglamento Δ/hentre pisos<0.01, entonces se decidio usar arriostres para disminuir el desplazamiento.

Fig. 6.14.-En la figura se muestra el desplazamiento debido a la carga sísmica en la dirección “X-X”

5. RESULTADOS:

Luego de correr el ETABS, se tienen los valores de los desplazamientos elásticos relativos de cada piso, se observa en la:

Fig. 8-En la figura se muestra los desplazamientos máximos para el sismo en la dirección “X-X”y“Y-Y”

5.1 DIAGRAMAS DE MOMENTO FLECTOR Y FUERZA AXIAL PARA LOS MIEMBROS MÁS SOLICITADOS (DATOS DE DISEÑO)

18

19

Para la combinación de cargas 1.2CM + 1.6CV se obtienen en la viga principal central momentos flectores máximos de 44.80 ton-m.

Para las viguetasy tanto para vigas laterales de igual modo en la misma combinación se obtuvo un momento flector de 4.78 ton-m

En cuento a los arriostres, vimos que prácticamente no están solicitados a momento flector, sino más a compresión y tensión axial, aquí mostramos los valores máximos:

20

Para el caso de fuerza axial en la columna central para la misma combinación de cargas soporta 67.75 ton

Para la combinación 1.2CM + 0.5CV +S (según el reglamento de edificaciones) obtuvimos un momento máximo en la base a una distancia de 0m (relativa a la columna indicada) de +49.33klb-ft.Mientras en el otro extremo un momento de -28klb-ft

6.0 DISEÑO DE MIEMBROS( VIGAS, COLUMNAS Y ARRIOSTRE)

21

El arriostre que absorbe al sismo en la dirección x-x soporta una fuerza axial máxima de 13.06 ton a compresión.

El arriostre que absorbe al sismo en la dirección y-y soporta una fuerza axial máxima de 19.33 ton a compresión.

7.0 DISEÑO DE CONEXIONES

8.0 ANEXOS: PLANOS, PLANTA Y ELEVACION

9.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

CLASES DE INGENIERIA ANTISISMICA UNI-FIC. Dr. JAVIER PIQUE DEL POZO. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA. LIMA-PERÚ.

NORMA E.060. CONCRETO ARMADO. REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES. LIMA-PERÚ.

NORMA E.030. DISEÑO SISMORESISTENTE. REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES. LIMA-PERÚ

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