informe 2 estructuras metalicas ii.docx

UNIVERSIDAD DEL BÍO-BÍOFACULTAD DE INGENIERÍADEPTO. DE INGENIERÍA CIVIL

Entrega N° 2 – Diseño de estructuras metálicas.

ANÁLISIS DE MARCO PLANO

Ingeniería Civil Diseño de estructuras metálicas. _____________________________________________________________________________

ÍNDICE

1.- INTRODUCCION.............................................................................................................3

2.- OBJETIVOS......................................................................................................................4

3.- DESCRIPCION.................................................................................................................5

4.-ESTRUCTURACION........................................................................................................6

4.1.- Marcos............................................................................................................................64.2.- Costanera........................................................................................................................74.3.- Espaciamiento.................................................................................................................74.4.- Arriostramiento...............................................................................................................7

5.- CALCULO DE CARGAS Y APLICACIÓN....................................................................8

5.1.- Carga de peso propio......................................................................................................85.2.- Sobrecarga......................................................................................................................85.3.- Costanera........................................................................................................................95.4.- Carga de viento...............................................................................................................95.5.- Calculo sísmico.............................................................................................................13

6.- MODELACION BASICA...............................................................................................16

7.- CONCLUSIONES...........................................................................................................18

8.- BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................19

______________________________________________________________________________________________

Integrantes: Esteban Salas V.Manuel Quintana S.Angelo Sandoval M.

Profesor: Oscar GutierrezAsignatura: Diseño de estructuras metálicasFecha: 30 de Mayo de 2012

2


1.- INTRODUCCION

Se dará a conocer las consideraciones y cálculos generales que se deben realizar a un proyecto previo a un cálculo detallado, obteniendo así una idea aproximada de la distribución, dimensiones de los elementos estructurales (cerchas, arriostramientos, marcos) y además el cálculo de cargas (viento, sobrecarga y peso propio), las cuales será ingresadas en el programa computacional RAM.

______________________________________________________________________________________________ 3


2.- OBJETIVOS

2.1.- Generales

- Realizar la modelación de apoyos y rotulas.- Corregir las cargas e ingresarlas al programa RAM.- Realizar las combinaciones de carga.- Realizar la modelación a través del programa RAM y obtener el marco plano

optimizado.- Verificar el control de deformaciones en el marco plano.- Verificar a través cálculos compresión. Flexión y flexo-compresión.

______________________________________________________________________________________________ 4


3.- MODELACIÓN.

Apoyos: Los apoyos utilizados corresponden a empotramientos, ya que de de acuerdo a la geometría y dimensiones del galpón, así como también a las características geométricas de los perfiles utilizados, son los que entregan un mejor resultado, puesto que permiten utilizar perfiles más pequeños en comparación a otros tipos de apoyo sin sobrepasar las deformaciones establecidas por la norma.

Imagen 1 – Apoyos empotrados del galpón y oficina.

Rotulas: Estas se utilizaron en la cercha, ya que la principal características de los enrejados es que no traspasan momentos, sino que solamente son capaces de traspasar esfuerzos de compresión y tracción.

______________________________________________________________________________________________ 5


Imagen 2 – Rotulas en las diagonales de la oficina

Imagen 3 – Rotulas en las montantes de la oficina

Columnas: Los elementos verticales poseen un perfil IPE 450 (alma llena y sección recta). Las columnas se pueden apreciar en la imagen 1.

Vigas: Los elementos Horizontales poseen un perfil IPE 400 (alma llena y sección recta). Las vigas se pueden apreciar en la imagen 1.

Cuerdas superior e inferior: Toda la cuerda superior posee un perfil canal 150*50*2, mientras que en la cuerda inferior el primer elemento de izquierda a derecha posee un perfil canal 150*50*4 y los restantes elementos posee un perfil canal 150*50*2.

Diagonales y montantes: Todos estos miembros son perfiles C2L espaciados a 4.6 [cm].

______________________________________________________________________________________________ 6


4.- CRITERIOS DE DISEÑO.

4.-ESTRUCTURACION.

4.1.- Marcos.

El marco con que se diseñará la bodega se compone de los siguientes elementos:

2 columnas laminadas HEB 300x300x11x19, cuyo peso lineal es 117 (kg/m), y su longitud requerida es de 7 (m).

2 vigas laminadas IPE 300x150x7,1x10,7, cuyo peso lineal es 49,10 (kg/m), y su longitud requerida es de 12,5 (m), que se unirán en la cumbrera a los 9 m.

El marco con que se diseñará la oficina compone de los siguientes elementos:

1 columnas laminadas HEB 300x300x11x19, cuyo peso lineal es 117 (kg/m), y su longitud requerida es de 4 (m).

1 viga reticulada que contará en su estructura con perfiles C 150x50x2 para la cuerda superior e inferior, cuyo peso lineal es 3,82 (kg/m) y de 8,25 (m) de longitud. Los perfiles para diagonales y montantes serán C2L 50x50x2,10 , cuyo peso lineal es 1,52 (kg/m), y sus longitudes serán 0,96(m)y 0,5(m) respectivamente.

Para escoger el perfil de los cordones superior e inferior de la viga reticulada de la oficina se pide cumplir con:

______________________________________________________________________________________________ 7


∆ max= L700

La altura de la viga reticulada debe estar entre:

L20yL15es decir entre 40cm . y 53,3cm .

∆ max= 5∗q∗L4

384∗E∗I

Despejando I tenemos:

I=6,60 A5∗10−5

Escogiendo el perfil C 150x50x2 cuya área es 4,87 (cm2) tenemos:

I=A∗d2→d=20,47cm→altura=52cm

Por lo tanto el perfil escogido para la cuerda inferior y superior es el verificado.

Imagen 2 – espaciamiento y largo montantes.

4.2.- Costanera.

En lo que respecta a las costaneras se usará:

Perfil tipo canal Ca 200x50x15x2(mm), de acero, con calidad A42-27ES, las cuales tienen un largo normal de 6(m), un peso de 4,97 (kg/m).

4.3.- Espaciamiento.

______________________________________________________________________________________________ 8


Los marcos estarán espaciados cada 7,5 (m) a lo largo de los 60 (m) que presenta el galpón en su totalidad, por lo cual concluimos que el galpón contará con un total de 9 marcos, tanto para el sector de oficina como bodega.

En el techo de la bodega, habrán 8 costaneras, con un espaciamiento de 1,8(m); mientras que en el techo de la oficina, habrán 6 costaneras, con un espaciamiento de 1,65(m).

4.4.- Arriostramiento.

Para los arriostramientos verticales se utilizará perfil rectangular de 100x50x2, cuyo peso lineal es 4,5 (kg/m)

Para los arriostramientos horizontales se utilizará cables φ 18.

5.- CALCULO DE CARGAS Y APLICACIÓN.

5.1.- Carga de peso propio.

Para realizar el cálculo de la carga de peso propio es necesario tener claro qué tipo de cubierta se utilizara tanto para la bodega como para la oficina.

Cubierta bodega: PV6 de 0,5[mm]Cubierta oficina: Kover Panel 50[mm]

Por lo tanto a través de www.instapanel.cl (catalogo_instapanel) se obtienen los pesos que poseen las cubiertas mencionadas anteriormente.

Cubierta bodega: 5,03[kg/m2]Cubierta oficina: 9[kg/m2]

Para obtener la carga lineal es necesario multiplicar el peso por la distancia que existe entre los marcos (7,5[m]).

Cubierta bodega: 5,03[kg/m2]*7,5[m]=37,73[kg/m]Cubierta oficina: 9[kg/m2]*7,5[m]=67,5[kg/m]

5.2.- Sobrecarga.

Para realizar el cálculo de la sobrecarga es necesario utilizar la NCH 1537, es necesario utilizar una sobrecarga de 100[kg/m2] pero a esta se le debe realizar una reducción la cual se encuentra en la tabla 3 (cargas de uso reducidas uniformemente distribuidas para techos), a la cual se entra con el área tributaria y la pendiente que posee el techo este análisis se realiza tanto para la bodega como para la oficina.

______________________________________________________________________________________________ 9


Primero se obtienen las pendientes de ambas techumbres a través de las dimensiones que posee esta misma.

Pendiente techo oficina: 25%Pendiente techo bodega: 16%

En segundo lugar se obtienen las áreas tributarias de ambas techumbres, las cuales se calculan de la siguiente forma largo de la viga por el espaciamiento entre marcos.

Área tributaria oficina: 8,246[m]*7,5[m]=61,84[m2]Área tributaria bodega: 12,658[m]*7,5[m]=94,94[m2]

Por lo tanto ya con estos valores se ingresa a la tabla 3 y se obtienen las cargas de uso reducidas las cuales son para:

Oficina: 0,3[kpa]=30,61[kg/cm2]Bodega: 0,39[kpa]=39,79[kg/cm2]

Ahora se debe distribuir a través de su área tributaria para ello es necesario multiplicar las cargas de uso reducidas por el espaciamiento entre marcos.

Oficina: 30,61[kg/cm2]*7,5=229,575[kg/m]Bodega: 39,79[kg/cm2]*7,5=298,425[kg/m]

5.3.- Costanera.

De acuerdo al punto 5.2, se tiene: utilizara la siguiente costanera Ca200*50*15*2 para ambas techumbres (bodega y oficina).

qcostanera=peso costanera∗espciamientomarcos∗n° decostaneras

largo de la viga

Carga de la costanera oficina:

qcost .bodega=4,97 [kg /m ]∗7,5 [m ]∗6 [costaneras ]

8,25[m ]=27,1 [kg /m ]

Carga de la costanera bodega:

qcost .bodega=4,97 [kg /m ]∗7,5 [m ]∗8 [costaneras ]

12,65[m ]=23,57 [ kg

m]

Como se sabe las cargas a una cercha llegan de forma puntual por lo tanto para ello es necesario multiplicar la carga de la cubierta, sobrecarga y la carga de la costanera solamente de la oficina por el espaciamiento existente entre costaneras.

Fcubierta=37,725[kg/m2]*1,65[m]=62,24[kg]Fsobrecarga=229,575[kg/m2]*1,65[m]=378,798[kg]

Fcostanera=27,1[kg/m2]*1,65[m]=44,715[kg]

______________________________________________________________________________________________ 10


5.4.- Carga de viento.

Para realizar el cálculo de las cargas de viento es necesario utilizar la NCH 423 de donde se obtiene la presión básica para distintas alturas (tabla 1 – Presión básica para diferentes alturas sobre el suelo), en el caso que alguna altura no se encuentra en la tabla mencionada anteriormente se debe interpolar para determinar el valor exacto. Las presiones básicas se mostraran en la imagen 2 por tramo, en donde se tienen los siguientes tramos OA, AB, BC, CD, DE Y EF.

Imagen 2 - Alturas por tramo del galpón y oficina.

El supuesto para realizar todo este proceso de obtención de presiones básicas se realizara a la mitad de la altura del tramo, ya que, de esta forma se busca no sobredimensionar la estructura.

Tramo OA

H (altura)=2[m]

H [m] Presión [kg/m2]0 552 x

15 75

Interpolación:

15−075−45

= 2−0x−55

→x=57,66¿

Por lo tanto la presión básica para 2 metros de altura es 57,66[kg/m2].

Tramo AB

______________________________________________________________________________________________ 11


H (altura)=5[m]


15 75

Interpolación:

15−075−45

= 5−0x−55

→x=61,66¿


Tramo BC

H (altura)=6,5[m]

H [m] Presión [kg/m2]0 55

6,5 x15 75

Interpolación:

15−075−45

=6,5−0x−55

→x=63,66 ¿

Por lo tanto la presión básica para 6,5 metros de altura es 63,66[kg/m2].

Tramo CD y DE

H (altura)=8[m]


15 75

Interpolación:

15−075−45

= 8−0x−55

→x=65,66¿


Tramo EF

______________________________________________________________________________________________ 12


H (altura)=3,5[m]

H [m] Presión [kg/m2]0 55

3,5 x15 75

Interpolación:

15−075−45

=3,5−0x−55

→x=59,66¿

Por lo tanto la presión básica para 3,5 metros de altura es 59,66[kg/m2].

Finalmente se calcula la carga de viento que es lineal a través de la siguiente ecuación teniendo en cuenta que el coeficiente de empuje depende de la forma en que actúa el viento de acuerdo a la NCH 423:

q=presionbasica∗coef . empuje∗espaciamiento entre marcos

Imagen 3 - coeficiente de empuje (NCH 423).

Tramo OA

qOA=57,66 [ kgm2 ]∗0,8∗7,5 [m ]=345,96[kg /m ]

Tramo AB

______________________________________________________________________________________________ 13


q AB=61,66 [ kgm2 ]∗(1,2∗sen (14 ° )−0,4 )∗7,5 [m ]=−50,72[kg /m]

Tramo BC

qBC=63,66 [ kgm2 ]∗0,8∗7,5 [m ]=381,96[kg /m ]

Tramo CD

qCD=65,66[ kgm2 ]∗(1,2∗sen (9,1 ° )−0,4 )∗7,5 [m ]=−103,51 [kg /m ]

Tramo DE

qDE=65,66[ kgm2 ]∗0,4∗7,5 [m ]=196[kg /m]

Tramo EF

qEF=59,66[ kgm2 ]∗0,4∗7,5 [m ]=178,98[kg /m]

Ahora se mostrara un dibujo en el cual se presentara la disposición de las cargas.

Imagen 4 - Cargas de viento dispuestas en la estructura.

______________________________________________________________________________________________ 14


5.5.- Calculo sísmico.

Para el cálculo sísmico se utiliza la norma NCH 2369, a través de la cual se obtienen distintos parámetros que servirán para obtener la carga basal a la que es sometida la estructura en el caso de ocurrir un sismo. Es de importancia tener claro que la zona sísmica donde se encuentra dispuesta la estructura es la III y además de ello el suelo es del tipo II.

Q0=C∗I∗P

C = coeficiente sísmicoI = coeficiente de importanciaP = Peso total del edificio

El coeficiente sísmico posee los siguientes parámetros:

Ao = Aceleración efectiva máxima, depende de la zona sísmica (III) lo que entrega un valor de 0.4g

T´,n = parámetros relativos al suelo de fundación (suelo tipo II), T´=0,35[s] y n=1.35.

T = periodo fundamental de la estructura, para determinar este valor es necesario utilizar la siguiente fórmula:

T=C t∗(h)3 /4

h = altura en metros.Ct = 0.0853 Para pórticos de acero resistente a momentoCt = 0.0731 Para pórticos de hormigón armado resistente a momentos y estructuras arriostradas excéntricamente.Ct = 0.0488 para todas las demás edificaciones.

T=0.0853∗(9)3 /4=0.44 [s ]

R = Factor de modificación de la respuesta, se considera que es una nave liviana de satisface las condiciones del punto 11.2.1 de la NCH 2369. Por lo tanto el valor de R es igual a 4.

ξ = razón de amortiguamiento, la estructura posee marcos de acero con uniones en terreno apernadas con o sin arriostramiento. Por lo tanto ξ = 0.03

Por lo tanto el valor del coeficiente sísmico al evaluarlo en la formula que se encuentra en el punto 5.3.3 de la NCH es:

C=0.248

______________________________________________________________________________________________ 15


Pero se debe tener en cuenta que existe un coeficiente sísmico mínimo y máximo los cuales son respetivamente 0,1 y 0.27. Lo que indica que el valor a utilizar será el calculado es decir 0.248

El Factor de importancia: depende de la categoría del edificio, en este caso este posee una categoría 2 por lo tanto la importancia posee un valor de 1.

El Peso sísmico: Para realizar el cálculo del peso sísmico es necesario sumar cada una de las cargas de peso propio que posee el galpón y la oficina. Cabe destacar que las sobrecargas de uso de acuerdo al punto 5.1.3 de la NCH 5.1.3 son iguales a cero.

Elemetos Peso (Kg)Costaneras oficina 223,575Costaneras bodega 298,161Cubierta oficina 556,875Cubierta bodega 477,221Cordon superio e inferior 63,030Diagonales 14,590Montantes 6,840Columna oficina 89,600Columna bodega 313,600Viga bodega 400,056TOTAL 2.443,548

Pesos propios sobre el marco

Peso sísmico = 2443,45 [kg]

El cálculo de la carga basal es 605,99.

Esta carga basal es dividida por 8 permitiendo poder distribuirlo en puntos específicos de la estructura como se muestra en la siguiente imagen las cuales serán ingresadas luego en el programa RAM Advance (F sísmica = 75,74[kg]).

______________________________________________________________________________________________ 16


Imagen 5 - Cargas sísmicas dispuestas en la estructura.

6.- MODELACION BASICA.

Imagen 6 – Modelación en RAM vista 1.

______________________________________________________________________________________________ 17


Imagen 7 – Modelación en RAM vista 2.

______________________________________________________________________________________________ 18


7.- CONCLUSIONES.

En esta primera entrega del proyecto, hemos dado a conocer las características principales, tanto en dimensiones, estructuraciones y tipos de perfiles de cada uno de los elementos estructurales del galpón, de los cuales, hemos obtenido los pesos que cada uno tiene, además de las solicitaciones en cuanto a la acción del viento y los sismos, según lo estipulado en las normas NCh432-1971 y NCh2369-2003 respectivamente, modelando básicamente el galpón en el programa RAM.

______________________________________________________________________________________________ 19


8.- BIBLIOGRAFIA.

Instituto nacional de normalización (Chile). Diseño estructural: Cargas permanentes y cargas de uso. Nch 1537. Santiago, Chile. 2009. 38p.

CINTAC. Catalogo instapanel. [en línea] <http://www.cintac.cl/pdf/PV-4.pdf> [consulta: 2 de abril de 2011]

CINTAC. Manual de diseño canales y costaneras grandes dimensiones. [en línea]<http://www.cintac.cl/novedades/wpcontent/uploads/2010/03/Cintac_Tubos_y_Perfiles_Manual_de_Diseno.pdf> [consulta: 3 de abril de 2011]

Instituto nacional de normalización (Chile). Diseño estructural: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales. Nch 2369. Santiago, Chile. 2003. 120p.

Instituto nacional de normalización (Chile). Diseño estructural: Calculo de la acción del viento sobre las construcciones. Nch 432. Santiago, Chile. 2003. 38p.

Instituto nacional de normalización (Chile). Diseño estructural: Diseño estructural – cargas permanentes y cargas de uso. Nch 1537. Santiago, Chile. 2009. 30p.

______________________________________________________________________________________________ 20

http://www.cintac.cl/novedades/wpcontent/uploads/2010/03/Cintac_Tubos_y_Perfiles_Manual_de_Diseno.pdf

http://www.cintac.cl/novedades/wpcontent/uploads/2010/03/Cintac_Tubos_y_Perfiles_Manual_de_Diseno.pdf

http://www.cintac.cl/pdf/PV-4.pdf

informe 2 estructuras metalicas ii.docx

Documents