predimensionado de columnas

. DISEÑO DE EDIFICACION PUBLICA '' CAMPUS SAN ANTONIO ''

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI CURSO: ANALISIS ESTRUCTURAL PÁGINA 1

GLOSARIO

DEFINICIONES DE ESTRUCTURAS EFECTO DE ESBELTEZ Es la reducción de resistencia de elementos estructurales, cuya relación longitud-peralte es grande, cuando son sometidos a compresión axial o flexo-compresión, aplicable sobre columnas. ESFUERZO Magnitud de una fuerza por unidad de área. ESTRUCTURA Ordenamiento de un conjunto de elementos encargado de resistir los efectos de las fuerzas externas de un cuerpo físico. También, se le llama a un sistema de elementos que se combinan de una forma ordenada para cumplir una función determinada, por ejemplo: cubrir una longitud, contener un empuje de tierras, cubrir un techo, conducir un caudal determinado, etc. ENVOLVENTE DE MOMENTOS Diagrama de momentos donde se superponen los momentos producidos en la estructura de por las combinaciones de cargas, para determinar cuales son los momentos críticos y proceder a diseñar los elementos de la estructura con ellos. PESO ESPECÍFICO Se define como el peso por unidad de volumen.



CARGA CRÍTICA

La deformación de la columna varia según ciertas magnitudes de cargas, para valores de p bajos se

acorta la columna, al aumentar la magnitud cesa el acortamiento y aparece la deflexión lateral. existe

una carga límite que separa estos dos tipos de configuraciones y se conoce como carga crítica

EXCENTRICIDAD

Cuando la carga no se aplica directamente en el centroide de la columna, se dice que la carga es

excéntrica y genera un momento adicional que disminuye la resistencia del elemento, de igual forma,

al aparecer un momento en los extremos de la columna debido a varios factores, hace que la carga

no actúe en el centroide de la columna .esta relación del momento respecto a la carga axial se

puede expresar en unidades de distancia según la propiedad del momento3, la distancia se

denomina excentricidad.

IDEALIZATION DE LAS ESTRUCTURAS

La idealización de una estructura es considerar que la misma se encuentra formada por "partes"

ideales.

así, los nudos o nodos se consideran identificados con un punto (a los efectos del cálculo), cuando

sabemos que cualquier nudo tiene un volumen (visualiza el encuentro de una viga y una columna).

de igual manera, consideramos a las vigas y columnas como "barras" lineales, sin espesor, aunque

les asignemos un peso y características geométricas (momento de inercia, altura, etc). las losas y

cáscaras pasan a ser láminas de espesor infinitesimal, cuando en realidad tienen espesor. los

apoyos, son rígidos (o con empotramiento total, que no existe en ningún caso) o móviles ( que se da

en los apoyos de puentes, aunque siempre existe un coeficiente de roce inicial con un valor que

puede ser más o menos apreciable).

también a los materiales los consideramos ideales: el acero es totalmente elástico; el hormigón (en

el caso del hormigón armado) lo acompaña perfectamente en sus deformaciones.

todo esto se hace a los efectos de hacer los cálculos de una manera más sencilla, más simplificada.

los resultados que se obtienen de estas simplificaciones o "idealizaciones" están muy cerca de la

realidad, con las debidas limitaciones



AREA TRIBUTARIA

En una losa el área tributaria es el área que se le debe asignar a cada unas de las trabes en las que

está apoyada. si la losa es cuadrada y se apoya en 4 trabes, el área tributaria para cada una será un

triangulo equivalente al 25% del area de la losa para cada trabe.

si es rectangular, para obtener el área tributaria, desde cada intersección de cada trabe haces línes

a 45° y te dará dos triangulos para las vigas del lado corto y dos trapecios para las vigas de los

lados largos. calculando esas áreas tienes el área tributaria de cada una de la vigas. si en una viga

hay más de una losa el área tributaria seá la suma de la áreas tributarias de cada losa que

intervenga en dicha trabe.



EL MOMENTO DE INERCIA O INERCIA ROTACIONAL

Es una medida de la INERCIA rotacional de un cuerpo. más concretamente el momento de inercia

es una magnitud escalar que refleja la distribución de masas de un cuerpo o un sistema de

partículas en rotación, respecto al eje de giro.

DESPLAZAMIENTOS

Cuando un medio continuo se deforma, la posición de sus partículas materiales cambia de ubicación

en el espacio.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Inercia



DISEÑO ESTRUCTURAL A. ESTRUCTURACIÓN

SISTEMA ESTRUCTURAL A UTILIZAR

Para la elección del sistema estructural se toma en cuentan factores de desempeño, económicos,

materiales disponibles en el lugar, como resultado de esto debe comprender el tipo de estructura

formas y dimensiones. para este caso se eligió el sistema estructural de marcos dúctiles con nudos

rígidos de concreto reforzado, y losas planas de concreto reforzado.

B. DISEÑO ARQUITECTÓNICO

REQUERIMIENTO DE ÁREAS

El área con que se cuenta para la construcción del nuevo edificio, es la que actualmente ocupa el

edificio el pabellón de ingenierías, ya que es el único terreno con que se dispone para el nuevo

edificio, con esto se trató de optimizar el área para que se cumpla con los requerimientos de un

edificio público apta tanto parta los empleados como el público que hará uso de la misma.

DISTRIBUCIÓN DE ESPACIOS

Para la distribución de espacios se hizo una matriz de diagnóstico, la cual consistió en investigar con

los usos de cada oficina, su uso y el mobiliario que en ella se colocará, con esto se logra determinar

el largo, ancho y altura que tendrá cada espacio, para luego con el área obtenida se distribuye los

ambientes mediante una matriz de relaciones, la cual se visualizará una mejor forma de distribución

para que cada área del edificio se comunique mejor y así se optimizará la función que el edificio

posea.



DESCRIPCION USOS DE AMBIENTES

TIPO DE AMBIENTE CARGAS REPARTIDAS ( KGf/M2 )

PRIMER PISO

AUDITORIOS CON ASIENTOS MOVILES 400

OFICINAS SALAS DE ARCHIVO 500

AULAS AULAS 250

CORREDORES OFICINAS 400

LUGARES DE ASAMBLEA 500

CENTROS DE EDUCACION 400

BAÑOS IGUAL A LA CARGA PRINCIPAL DEL RESTO DEL AREA SIN QUE SEA NECESARIO QUE EXCEDA DE 300

SEGUNDO PISO

OFICINAS SALAS DE COMPUTO 250 VER 6.4

AULAS AULAS 250



BIBLIOTECA SALA DE LECTURA 300


TERCER PISO

OFICINAS SALAS DE COMPUTO 250 VER 6.4

AULAS AULAS 250



BIBLIOTECA SALA DE LECTURA 300




ALTURAS Y COTAS

Con las cotas y alturas se dará forma al edificio, teniendo así un mejor lugar para que se cumpla la

función de cada oficina y espacios del nuevo edificio público, la cual se tendrán espacios más

amplios y cómodos, aprovechando así el área del terreno y distribuyendo los espacios de una mejor

manera.

C. ANÁLISIS ESTRUCTURAL

El análisis estructural es el proceso para determinar las respuestas de la estructura ante las

acciones exteriores que puedan afectarla en este caso serían las fuerzas aplicada al edificio.

PREDIMENCIONAMIENTO ESTRUCTURAL

Este consiste en dar medidas preliminares a los elementos que componen la estructura, que serán

utilizados para soportar las cargas aplicadas a este. para esto se utilizan métodos analíticos cortos

que se describen a continuación.

VIGAS

Para predimencionar vigas se usa el método que determina el peralte dependiendo de la luz que

cubre la longitud mayor, basándonos en la siguiente

Peralte :

Ancho :

h = L / 10

b = 0.3 h

h = L / 12

b = 0.5 h

Algunas dimensiones usuales en vigas :

L ≤ 5.5 m. 25x50 , 30x50 L ≤ 6.5 m. 25x60 , 30x60 , 40x60

L ≤ 7.5 m. 25x70 , 30x70 , 40x70 , 50x70 L ≤ 8.5 m. 30x75 , 40x75 , 30x80 , 40x80 L ≤ 9.5 m. 30x85 , 30x90 , 40x85 , 40x90

Segun el reglamento peruano de concreto armado ( norma E. 060 )

La norma peruana de concreto armado indican que las vigas deben de tener un ancho

minimo de 0.25 m. para el caso de que estas formen parte de porticos o elementos sismo

resistentes de estructuras de concreto armado.

bmin = 0.25m.



COLUMNAS

el método que se utilizó para predimencionar las columnas determina la sección y se basa en la

carga aplicada a esta, en este caso en particular se pretende guardar simetría en las dimensiones de

la columna, por tal razón se toma la columna critica, es decir, la que soporta mayor carga, la media

resultante se aplica a todas las demás. para este método se usara la fórmula:

AUTOR : Roberto Morales Morales Existen 4 tipos de columnas :

C-1 = Columna central C-2 = Columna extrema de un portico principal interior

C-3 = Columna extrema de un portico secundario interior C-4 = Columna en esquina

Las columnas se predimensionan con :

bT = P

n*f'c

donde :

T = Dimension de la seccion en la direccion del analisis sismico

b = La otra dimension de la seccion de la columna

P = Carga total que soporta la columna ( tabla)

n = Valor que depende del tipo de columna ( tabla)

f'c =

Resistencia del concreto a la compresion simple

Tipo C1 Columna interior

P=1.10*Pg

(para los primeros pisos) n=0.30

Tipo C1 Columna interior

P=1.10*Pg

(Para los 4 ultimos pisos supoeriores) n=0.25

Tipo C2 , C3 Columnas extremas de P=1.25*Pg

porticos interiores n=0.25

Tipo C4 Columna de esquina P=1.50*Pg

n=0.20

Los valores P y n de la tabla se usan para el predimensionamiento de las columnas. Pg es el peso total de cargas de gravedad que soporta la columna.



D. MODELOS MATEMÁTICOS DE MARCOS DÚCTILES ( PORTICOS )

Representan la forma como las cargas actúan y que el marco soporta y sirve para hacer el análisis

estructural; por similitud de los marcos en geometría y en las cargas aplicadas, se analizan

únicamente los críticos.

CARGAS HORIZONTALES

Los requisitos de cargas laterales propuestas por los códigos, son normas mínimas para poder

diseñar edificios y estructuras resistentes a fuerzas horizontales. consideran la estructura como

unidad, tomando en cuenta cada uno de sus elementos estructurales. en Peru son consideradas en

el análisis las cargas laterales de sismo y viento. esta última dependiendo de la magnitud de la

incidencia del mismo en una estructura sobre un área grande de exposición o bien por las

condiciones del lugar. para el siguiente trabajo únicamente tomaremos en cuenta el efecto de las

cargas sísmicas.

E. MÉTODO DE ANÁLISIS COMPUTACIONAL A UTILIZAR

Existen varios paquetes de cómputo que trabajan resolviendo métodos iterativos con la potencia y

rapidez que proporcionan los equipos de cómputo, en el mercado existe toda una gama de software

a la venta, aunque también existen los de dominio público, entre ellos tenemos: cálculo de

estructuras (software de dominio público), paem, staad pro, sap 2000, cadre pro 3d, tabs – etabs,

etc.

Ya habiendo determinado las cargas actuantes sobre la estructura podemos proceder al análisis

estructural de la misma, este fue realizado con el software de dominio público el que se uso para

este proyecto fue el etabs. este es un programa que se ha desarrollado a partir del método matricial

elástico de cálculo de estructuras y, por tanto, los resultados que proporciona serán correctos

siempre que se pueda suponer un comportamiento elástico del material que constituye la estructura

analizada.

Etabs es un programa del análisis estructural finito, el concepto fundamental del programa es que

trabaja fuera de una base de datos integrada.

El concepto básico es que se crea un sólo modelo con cargas actuantes calculadas para analizar el

edificio entero, calculando y analizando un solo marco.



PARALELIZACIÓN DEL ENSAMBLADO DE LA MATRIZ DE RIGIDEZ DE

ESTRUCTURAS PLANAS

RESUMEN

En el presente trabajo se implementa una estrategia de paralelización del cálculo de la matriz de

rigidez para estructuras planas como pórticos y otras. Primero, se hace una recopilación esencial del

marco teórico sobre análisis estructural y sobre programación paralela. Luego, se expone una

estrategia de paralelización de datos así como su implementación y ejecución en un simulador

plataforma Linux para lenguaje C que hace uso de las librerías MPI tipo SPMD de computación

paralela. Finalmente, se presentan algunas conclusiones.

Lea los datos de entrada

Monte la matriz de

rigidez de la estructura.

Monte la carga vector

Aplique la condición divisoria.

Solucione para el

desplazamiento.

Calcules fuerzas y acentos.

Salida de impresión.

http://rgsaravia16.blogspot.com/2009/05/paralelizacion-del-ensamblado-de-la.html

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F. MÉTODOS DE ANÁLISIS POR PÓRTICOS PASO A PASO ( SIN USO

COMPUTACIONAL)

FUNDAMENTOS DEL METODO DE LA RIGIDEZ

Cada uno de los métodos clásicos de análisis indeterminado puede clasificarse como un método de

fuerzas o como un método de desplazamientos.

Un método de fuerzas se basa en especificar primero las fuerzas redundantes externas o internas y

luego determinar esas fuerzas mediante condiciones de compatibilidad de desplazamientos junto

con relaciones de carga – desplazamiento.

Una vez que se determinan las fuerzas en la estructura, los desplazamientos requiere primero la

identificación del número de grados de libertad desconocidos de la estructura. Esos desplazamientos

se determinan entonces a partir de ecuaciones de equilibrio.

Después de calcular los desplazamientos, las fuerzas desconocidas externas e internas en la

estructura se determinan a partir de las relaciones de compatibilidad y carga – desplazamiento.

El método de las rigidez mediante el análisis matricial que usaremos es un método de análisis de

desplazamientos.

Muy importante es que el método de desplazamientos o método de la rigidez puede usarse para

analizar estructuras tanto determinadas como indeterminadas, mientras que el método de fuerzas

requiere un procedimiento diferente para cada uno de esos dos casos. Ademas el método de los

desplazamientos da los desplazamientos y las fuerzas directamente mientras que el método de las

fuerzas, los desplazamientos no se obtienen directamente. Es también generalmente mucho mas

fácil formular las matrices necesarias para las operaciones hechas por la computadora si se usa el

método de los desplazamientos; una vez hecho esto los cálculos en la computadora pueden

efectuarse eficientemente.

La aplicación del método de la rigidez requiere de subdividir la estructura en una serie de elementos

finitos e identificar sus puntos extremos como nodos. Para el análisis de armaduras, los elementos

finitos se representan por cada uno de los miembros que forman la armadura y los nodos

representan los nudos.

Se determinan las propiedades de fuerza – desplazamiento de cada elemento y luego se relacionan

entre si mediante las ecuaciones de equilibrio planteadas en los nodos. Esas relaciones para todo

los miembros de la estructura, se agrupan luego en lo que se llama matriz K de rigidez de la

estructura. Una vez establecida ésta, los desplazamientos desconocidos de los nodos pueden

determinarse para cualquier carga dada en la estructura. Cuando se conocen esos desplazamientos,

las fuerzas externas e internas en la estructura pueden calcularse mediante las relaciones fuerza –

desplazamiento para cada miembro.



G. ANEXOS

1.0 .- CALCULO DE LA CORTANTE BASAL

2.0.- RESUMEN DE CARGAS ACTUANTES POR NIVEL

2.1.- METRADO DE CARGAS MUERTAS ''MUROS, VANOS, TARRAJEO ''

2.2.- METRADO DE CARGAS MUERTAS ''VIGAS Y COLUMNAS ''

2.3.- METRADO DE CARGAS MUERTAS ''LOSAS ARMADAS Y ALIGERADAS ''

3.0.- RESUMEN DE PREDIMENCIONAMIENTO DE VIGAS Y COLUMNAS

3.1.- PREDIMENCIONAMIENTO DE VIGAS Y COLUMNAS

3.2.- METRADO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ''VIGAS''

3.3.- METRADO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ''COLUMNAS''

4.0.- ANALISIS DE PORTICOS POR EL METODO DE RIGIDEZ

5.0.- DATOS DEL RNC PARA METRADO CARGAS

6.0.- PLANOS

predimensionado de columnas

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