ejemplo de analisis estructural con sap 2000

EJEMPLO DE ANALISIS ESTRUCTURAL CON SAP 2000

1. SAP 2000:

SAP2000 es un programa desarrollado por la empresa CSI, Computer and Structures, Inc. EnBerkeley, California, EEUU. Se presenta en varias versiones (Standard, Plus y Advanced). Desde hace ms de 30 aos ha estado en continuo desarrollo,para brindarle al ingeniero una herramienta confiable, sofisticada y fcil de usar sobre la base de una poderosa e intuitiva interfaz grfica conprocedimientos de modelaje, anlisis y diseo estructural a la vanguardia anivel mundial.

2. CONSIDERACIONES:

Revisar las unidades desde que comenzamos a trabajar

3. PROCEDIMIENTO:

Tener planos de la edificacin Definir materiales Definir secciones (Vigas, Columnas, Losas, Placas, etc.) Definir tipos de cargas Dibujar elementos Asignar restricciones Calcular y colocar cargas (Anlisis Esttico) Analizar estructura Chequear desplazamientos Rigidizar estructura Calculo de parmetros dinmicos (Espectro) Chequeo de desplazamientos y periodos

4. TENER PLANOS DE EDIFICACION:

5. DEFINIR MATERIALES:

Para el presente ejemplo solamente se usara Concreto Armado cuyos datos son: Esfuerzo de Compresin: fc = 210 Kgf/cm2 = 2100 Tonf/m2 Peso Especfico: = 2.4 Tonf/m3 Mdulo de Elasticidad: E = 2173706.5 Tonf/m2 Mdulo de Poisson: U = 0.2Estos datos deben ser ingresados en el SAP: Define Materials Add New Material

6. DEFINIR SECCIONES:

Define Section Properties Frame Section Add New Property Frame Section Property Type: Concrete Seleccionar forma de seccin (para el presente ejemplo todas las vigas y columnas son de forma rectangular) Nombrar seccin Seleccionar material Colocar medidas Concrete Reinforcement: Para columnas: dejarlo por defecto Para vigas: seleccionar Beam en Desing Type

a. Columna 1:

b. Columna 2:

c. Columna 3:

d. Columna 4:

e. Vigas en sentido X:

f. Vigas en sentido Y:

g. Losa de Techo:

La losa de techo es una losa aligerada de h=0.20m

Como SAP2000 no puede dibujar losas aligeradas, solamente macizas, se necesita hacer un pequeo artificio, se hallara la altura equivalente de una losa maciza a partir de sus momentos de inercia con respecto a un origen de coordenadas, para lo cual nos ayudaremos con el AutoCAD: Dibujar la seccin en AutoCAD Convertirla en regin Desplazarla hasta el origen de coordenadas MASSPROP Los datos necesarios son: Area: A = 0.0950 m2 Centro de gravedad: Y = 0.1276 m Momento de Inercia en X: IX = 0.0019 m4 Con la siguiente formula se hallara la altura H equivalente

Ingresamos el valor de H en el SAP: Define Section Properties rea sections Seleccionar Shell Add new section Nombar En Type seleccionar Shell Thin (para espesores menores de 0.25m) Seleccionar material respectivo Colocar valor de altura

7. DEFINIR TIPOS DE CARGAS:

Define Load Patterns

Combinaciones de carga: Define Load Combinations Add New Combo Crear las siguientes combinaciones de carga:

NTipoDescripcin

1Linear Add1.4*D + 1.7*L

2Linear Add1.25*D + 1.25*L + 1*SX

3Linear Add1.25*D + 1.25*L - 1*SX

4Linear Add1.25*D + 1.25*L + 1*SY

5Linear Add1.25*D + 1.25*L - 1*SY

6Linear Add0.9*D + 1*SX

7Linear Add0.9*D - 1*SX

8Linear Add0.9*D + 1*SY

9Linear Add0.9*D - 1*SY

10EnvolventeComb1++Comb9

11Linear Add(Distorsin Esttica)6.4*SX+6.4*SY

8. DIBUJAR ELEMENTOS:Para empezar a dibujar los elementos de la estructura se necesita de una grillada base: Anticlick en la pantalla Edit Grid Data Modify/Show System Agregar los siguientes valore:

Primero se dibuja los elementos frame (viga-columna), luego las reas (losas, placas) Dibujar los elementos frame con Draw Frame/Cable element teniendo cuidado en las secciones q estn asignadas al momento de dibujar

Como esta estructura tiene simetra puedes aplicarse la opcin de Replicar

Para la losa ubicarnos en el plano X-Y, Z=3.8m, utilizar el comando Draw Rectangular Area Element, luego replicar a los siguientes pisos:

9. ASIGNAR RESTRICCIONES:Ubicarnos en el plano X-Y Z=0: Seleccionar toda la planta Assign Joint Restraints Seleccionar empotrado

10. CALCULAR CARGAS (ANLISIS ESTTICO):

Cargas Estticas: 1ra a 4ta planta: Carga Muerta:Losa0.3tonf/m2

Muros0.15tonf/m2

Cielo raso/maylica0.1tonf/m2

TOTAL0.55tonf/m2

Carga Viva: segn normas/c0.25tonf/m2

5ta planta: Carga Muerta:Losa0.3tonf/m2

Cielo raso/maylica0.05tonf/m2

TOTAL0.35tonf/m2

Carga Viva: segn normas/c0.2tonf/m2

Cargas de Sismo: Pesos de los Pisos: Piso 1:Longitud X15Longitud Y13.50

Altura 13.3 ca2.40

Area Total202.5factor de s/c0.50

NOMBRESECCIONNUMEROPESO

hb

COL10.450.5547.84

COL20.50.547.92

COL30.550.5549.58

COL40.550.4547.84

VIGAX0.550.3423.76

VIGAY0.50.3419.44

LOSA+MURO+CIELORASO111.38

s/c25.31

TOTAL213.07

Pisos 2-3-4:Longitud X15Longitud Y13.50

Altura 22.8 ca2.40



hb

COL10.450.5546.65

COL20.50.546.72

COL30.550.5548.13

COL40.550.4546.65

VIGAX0.550.3423.76

VIGAY0.50.3419.44


s/c25.31

TOATL208.04

Piso 5:

Longitud X15Longitud Y13.50

Altura 21.4 ca2.40



hb

COL10.450.5543.33

COL20.50.543.36

COL30.550.5544.07

COL40.550.4543.33

VIGAX0.550.3423.76

VIGAY0.50.3419.44


s/c10.13

TOTAL138.28

Parmetros Ssmicos:

ZUCSDATOSFactor

Zona3Z =0.4

CategoraAU =1.5

S/C =0.5

Tipo de suelo2S =1.2

Tp =0.6

Sistema estructural1R =8

RegularidadRRi =1

Tipo de Estructura (Periodo T=hn/Ct)1Ct =35

Distorsin mxima de entrepisoDi =0.007

Fuerzas Ssmicas:

NIVELPESOALTURAFUERZA LONGITUD EN PLANTA MOMENTOS DE TORSION

( ton ) ( mts. ) ( ton )L ( x - x )L ( y - y )Mxx( t-m )Myy( t-m )

Octavo00.000.000.000.000.000.00

Setimo00.000.000.000.000.000.00

Sexto00.000.000.000.000.000.00

Quinto138.282.8052.0215.0013.5035.1139.02

Cuarto208.042.8063.6615.0013.5042.9747.75

Tercero208.042.8049.0515.0013.5033.1136.79

Segundo208.042.8034.4415.0013.5023.2525.83

Primero213.073.8020.3115.0013.5013.7115.23

11. COLOCAR CARGAS:

Cargas Estticas: Seleccionar todas las losas de la primera planta hasta las cuarta, en un caso, y toda la quinta planta en el otro Assign rea loads Uniform to Frame Seleccionar el tipo de carga Colocar el valor de la carga 1era a 4ta Planta: Carga Muerta y Viva

5ta Planta: Carga Muerta y Viva

Cargas de Sismo: Colocar puntos en los centros de masa de la estructura de los cinco pisos con Draw Especial Joint

Colocar las fuerzas respectivas en cada punto Seleccionar un punto Assign Joint Loads Forces Piso 1:

Piso 2:

Piso 3:

Piso 4:

Piso 5:

12. AGREGAR DIAFRAGMAS:

Define Joint Constraints Seleccionar Diaphragm Add New Constraint Nombrar (necesitamos crear uno para cada piso) Constraint Axis-Auto

Para colocar los diafragmas: Seleccionar todo una planta Assign Joint Constraint Seleccionar el diafragma correspondiente

13. ANALIZAR ESTRUCTURA:

Analize Set Analisys Options Space Frame

Run Analisys Bloquear MODAL y otros tipos de carga no utilizadas

Run Now

14. CHEQUEAR DESPLAZAMIENTOS: Display Show Deformed Shape Seleccionar Distorsion Estatica

Verificar distorsin:

desplaz10.0663desplaz20.1182desplaz30.1611desplaz40.1917desplaz50.2081

desplaz00desplaz10.0663desplaz20.1182desplaz30.1611desplaz40.1917

h3.8h2.8h2.8h2.8h2.8

max CA0.007max CA0.007max CA0.007max CA0.007max CA0.007

0.0170.0190.0150.0110.006

RigidizarRigidizarRigidizarRigidizarOK

Como se puede apreciar el piso 5 es el nico que tiene una distorsin menor a la permisible, por lo que se necesita rigidizar la estructura mediante el empleo de placas.

15. RIGIDIZAR ESTRUCTURA:

Se realizaron tanteos con placas de las siguientes caractersticas: 1er tanteo: L = 1m, e = 0.20m 2do tanteo: L = 1.5m, e = 0.20m 3er tanteo: L = 1.5m, e = 0.25mNinguna de las anteriores logro cumplir el requisito de la distorsin, despus se tanteo con una placa de las siguientes caractersticas: L = 1.8m,e = 0.25m, con lo cual las distorsiones estuvieron por debajo de la permisible. Se siguieron los siguientes pasos: Desbloquear Unlock Model Aumentar grillas: X5=1.8m;X6=13.2m;Y5=1.8m;Y6=11.7m

Crear seccin de placas: Define Section Properties rea Section Add Nwe Section Nombrar Seleccionar material Especificar ancho de placa, e=0.25m

Dibujar las placas con Quick Draw Area Element Colocar apoyos Colocar los diafragmas Analizar Verificar distorsion:

X



h3.8h2.8h2.8h2.8h2.8


0.0030.0060.0060.0060.005

OKOKOKOKOK

Y



h3.8h2.8h2.8h2.8h2.8


0.0030.0060.0070.0060.005

OKOKOKOKOK

16. DIVIDIR ELEMENTOS:

Para dividir los elemento se toma el criterio de cada uno, en este ejemplo se dividieron los elementos en secciones de 0.50m aproximadamente: Para la divisin se puede tomar en cuenta el grillado y/u otros puntos de elementos ya divididos anteriormente Primero se dividi la losa Las losas esquineras se dividieron con respecto al grillado para q concuerde con la interseccin de las placas Seleccionar losas Edit Edit Areas Divide Areas Seleccionar la tercera opcin Selected Point Objects On Area Edges

Cada losa ahora est dividida en 4 partes, se dividieron, una por una, para obtener pequeas losas de aproximadamente 0.50x0.50 m2 Seleccionar losa Edit Edir Areas Divide Areas Seleccionar la primera opcin Especificar en cuanto tramos se quiere dividir

Dividir con el mismo criterio las losas restantes

Para dividir las placas. Seleccionar todas las placas Con los pasos dados anteriormente:

Seleccionar toda la estructura Edit Edit Lines Divide Frame Seleccionamos la segunda opcin

Luego seleccionar las columnas intermedia faltantes y dividirlas en 6 tramos

Asignar apoyos Asignar diafragmas

Anlisis Ya que cumpli la distorsin, se procede a hacer un primer diseo de la estructura con los resultados que nos da el analisis

17. CALCULO DE PARMETROS DINMICOS (ESPECTRO)

Espectro: Con los datos de los parmetros ssmicos en el subttulo 9, calcular un espectro de respuesta, para valores desde T=0, hasta T=12, con intervalos de 0.05

Luego copiar los valores de las dos columnas a un Bloc de Notas, guardarlo

En el SAP: Define Functions Response Spectrum Seleccionar From file Add New Fuction Nombrar Seleccionar Period-Value Seleccionar Browse y buscar el archivo de Bloc de Notas Display Graph

Cargas Dinamicas Define Load Cases Add New Load Case Nombar En Load Case Type seleccionar Response Spectrum Loads Applied Para la carga en X se elige U1 Para la carga en Y se elige U2 Ambas tienen un factor de 9.81

Luego: Define Mass Source

Crear nuevas combinaciones de carga:NTipoDescripcin

12Linear Add1.25*d + 1.25*L + 1*SDx

13Linear Add1.25*d + 1.25*L - 1*SDx

14Linear Add1.25*d + 1.25*L + 1*SDy

15Linear Add1.25*d + 1.25*L - 1*SDy

16Linear Add0.9*D + 1*SDX

17Linear Add0.9*D - 1*SDX

18Linear Add0.9*D + 1*SDY

19Linear Add0.9*D - 1*SDY

20EnvolventeComb10+Comb12++Comb19

21Linear Add(Distorsin Dinmica)5.25*SDX+5.25*SDY

Al analizar activar el MODAL

18. CHEQUEO DE DESPLAZAMIENTOS Y PERIODOS

Periodos: Display Show Deformed Shape

De los 12 periodos existentes, ninguno debe exceder del 0.5 seg/piso, de lo contrario volver a rigidizar la estructura

ejemplo de analisis estructural con sap 2000

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