estructura-metalica

“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA”
FACULTAD DE INGENIERÍA
E.A.P. ING. CIVIL
“TRABAJO FINAL DE ESTRUCTURAS
ESPECIALES”
:
CURSO
“ESTRUCTURAS ESPECIALES”
DOCENTE
CICLO
:
:
IX
ALUMNOS
: Segura Aguilar Walter
NVO. CHIMBOTE, JULIO del 2019
INFORME ESTRUCTURAL DE EDIFICIO DE 3 PISOS
1.
Características de la edificación:
Número de pisos: 3 pisos.
Tipo de estructura: Pórticos de acero.
Losa: Colaborante, del tipo acero deck.
Uso: Comercial.
Ubicación: Casco Urbano-Chimbote.
VISTA ISOMETRICA
VISTA DE PLANTA TIPICA
Especificaciones de los materiales:
Concreto de losa: f’c=210 Kg/cm2 con empleo de acero de refuerzo corrugado.
Acero: A36
Fy= 2530.00 Kg/cm2
Fu= 4080.00 Kg/cm2
2.
Estructuración:
 El edificio tiene una planta de 35 m X 25 m con paños de 35 ft en la dirección principal
y 25 ft en la dirección Y.
 La altura entre ejes de vigas para la modelación de los pórticos se establece:
Altura de piso a cielorraso:
Espacio para Instalaciones:
Altura total:
7.5 ft
0.5 ft
8.0 ft
3.
Metrados de cargas:
Para el metrado de esta edificación se consideró las siguientes tipos de carga según el
RNE, la norma E-020:
 Cargas Muertas: Que actuaran por cada entrepiso.

El peso de la losa: t=4”, compuesta, es decir una losa colaborante.

Piso terminado. 20.0 lbs/pie

Tabiquería móvil. 25.0 lbs/pie

Cielo raso + instalaciones. 12 lbs/pie2

Peso de fachada conectada a la estructura. 15 lbs/pie2

Peso de los elementos (vigas y columnas) estructurales.
Metrado de cargas
Cargas de servicio para un piso típico
A=
L=
PI=
PT=
487.74
Área total=
Peso de losa estimado
m2
Peso propio e=14cm
Piso terminado
Tabiquería
Cielo raso instalaciones
0.24
0.10
0.12
0.06
0.52
T/m2
T/m2
T/m2
T/m2
T/m2
Peso por fachada
0.07
0.50
0.50
0.61
0.31
T/m2
T/m
T/m
T/m2
T/m2
Peso de vigas
Peso de columnas
Sobrecarga de entrepiso
336.80
60.35
ml
ml
Peso Total de Losa
Peso Total de Vigas
Peso Total de Columnas
252.79
168.40
30.18
Tn
Tn
Tn
Carga Muerta Total
451.37
Tn
Sobrecarga
297.67
Tn
Carga Viva Total
297.67
Tn
Cálculo de Pesos
ft =
ft =
ft =
ft =
21.34
22.86
5.49
4.57
(En un 1m de ancho)
(En un 1m de ancho)
(Peso promedio supuesto)
(Peso promedio supuesto)
Sobrecarga de azotea
(Dependiendo del uso, en este caso departamentos, nos lo da el RNE)
Longitud total de vigas
Longitud total de columnas
70.0
75.0
18.0
15.0
m
m
m
m
Carga Total (Por Piso)
749.04
Tn
 Se considera el 50% de la carga muerta en el techo del ultimo piso.
 Estas cargas actúan hacia abajo como cargas de gravedad.
 Cargas Vivas:

La sobrecarga que corresponde según la norma E-020 (Centro comercial).
 Consideraremos una carga viva de 125 lbs/pie2 según la norma E 020. (1
lbs/pie2 = 4.8824 Kg/m2)
 Carga viva para techo:

La sobrecarga según la norma E-020 (Departamentos).
 Consideraremos una carga viva de 100 kg/m2 =20.5 lbs/pie2 según la norma
E 020.
 Carga por sismo:

El espectro que corresponde al tipo de edificación.
1. Calculo de las caracteristicas del espectro:
FACTOR DE ZONA
Z= 0.4 Zona 3 (Costa)
FACTOR DE USO
FACTOR DE SUELO
COEFICIENTE DE
REDUCCION
U= 1.3 Edif. Importante
S= 1.2 Suelos intermedios
Tp =
0.6
Rd= 9.5 Pórticos dúctiles de acero con uniones resistentes a momentos
 Carga por viento:
 Esta carga depende de la zona en la que se ubique la estructura, de la isotaca
que determina la velocidad del viento, y como la edificación tiene una altura total
de 14.65m, lo cual significa que estará afectada predominantemente por esta
carga.
 Tenemos del grafico que nos da la Norma E-020 que la velocidad es:
V= 75 Km/h = 46.61 millas / hora
 Luego consideraremos los coeficientes de presión y succión en las caras de la
edificación del cuadro siguiente:
 Considerando que " La ocurrencia de presiones o succiones p debidas al viento
en superficies verticales horizontales o inclinadas de una edificación serán
consideradas simultáneamente y se supondrán perpendiculares a la superficie
sobre la cual actúan. La carga de viento depende de la forma”. Calculando la
presión resulta:
Presión dinámica:
q= 0.005 v2 = 0.005 x 75 = 28 Kg / m2
Edificación sin aberturas:
Viento transversal a la edificación:
Coeficientes de presión:
Para A:
Para B:
Para D:
Ca= +0.9
Cb= -0.5
Cd= -0.7
Como la estructura se considera cerrada (n= 0), las presiones interiores se
tomarán en cuenta con el Cpi más desfavorable.
Cpi = ±0.30
El efecto combinado de las presiones exteriores e interiores se toma aplicando:
CA= +0.9 – (+0.3) = +0.6
CA= +0.9 + (+0.3) = +1.2
CA= +1.2
CB= -0.5 – (+0.3) = -0.8
CB= -0.5 + (+0.3) = -0.2
CB= -0.8
CD= -0.7 – (+0.3) = -1.0
CD= -0.7 + (+0.3) = -0.4
CD= -1.0
Calculo
de
presiones:
PA= 28x (+1.2) = 34 Kg / m2
PB= 28x (-0.8) = -22 Kg / m2
PD= 28x (-1.0) = -28 Kg / m2
4.
Predimensionamiento de elementos estructurales:
 Losa colaborante – Acero Deck:
El Sistema Constructivo Acero-Deck tiene TRES elementos:
• Placa Colaborante Acero-Deck
• Concreto
• Malla de temperatura
Para utilizar el sistema con vigas metálicas, tenemos un CUARTO ELEMENTO:
• Conector de corte
La plancha colaborante es elaborada de bobinas de acero estructural con protección
galvánica pesada G-90 que se somete a un proceso de rolado en frío para obtener
la geometría deseada. Esta tiene un esfuerzo de fluencia mínimo de 33 Ksi o 2325
kgf/cm2, con un módulo de elasticidad de 2.1x106 kgf/cm2, cumpliendo con las
normas del ASTM A653 y ASTM A611 para los grados C y D.
Y para su predimensionamiento se realizo lo siguiente:
1° Establecemos el modelo de losa:
4570
Lx= 14.0 ft =
Ly= 25.0 ft =
7620
2° Calculo de k para este caso de
ε:
ε=
Ly/Lx
ε=
1.8
Cumpliendose
que
3° Condiserando una losa en una dirección K = 0.8:
Longitud flexible
Esbeltez tipica
Li=
λ=
3.41376
30
m
4.27 m
7.62 m
4° Calculo del espesor requerido:
e= Li/λ + 1.5
e= 12.8792
cm
cm
e=
cm
14
Detalle de losa placa colaborante Acero Deck.
Para los conectores se tomaran las siguientes consideraciones en su uso:
• Los conectores de corte son elementos de una sola pieza con protección galvánica
electroquímica de zinc conforme a ASTM B633.
• La cantidad de conectores por valle no debe ser mayor a 3 en el sentido transversal.
• La altura del conector de corte debe estar entre 3” a 7”.
• La longitud de los conectores mínima ≥ 4 dstud
• El diámetro del conector de corte no debe ser mayor de ¾”.
Considerando la siguiente tabla, y que según el diseño de la losa deck, es de gage
20 y espesor de lamina de 0.09cm, tentativamente tendremos el numero de
conectores por metro lineal de losa.
Para 7.6m que es la longitud de la viga de piso, tendremos:
Nc= 7.6*1.86= 14.14 ≈ 15 conectores
 Selección de vigas de piso:
Para elegir la sección se procedió de la siguiente forma:
Diseño de vigas de piso:
1° Calculo de peralte:
7.6
0.317
L=
d=
d= L/24
m
m
=
12
"
1.5
m
Por lo tanto sera un W12
Lt=
2° Calculo de la carga última:
2.02
0.92
WD=
WL=
Wu=
Wu=
T/m
T/m
1.2*WD+1.6*WL
T/m
3.89
3° Calculo del esfuerzo último:
Mu=
Mu=
Mu= (Wu*L^2)/8
Por lo tanto sera un W12 x
53
28.06
202.97
ya que s u
T.m
Klb.ft
Mu=
202.97
Klb.ft
es mayor que el calculado
 Predimensionado de vigas:
 Predimensionado de columnas:
3° Calculo de Pefectiva que sera:
Pefectivo= Pu/0.60
Pefectivo=
649.81
Pefectivo=
1432.57
El perfil final sera el siguiente
5.
T
Klb
W
14x176
Introducción del modelo al programa:
a)
Definición de materiales a usar: Para este caso trabajaremos con concreto de
210 Kg/cm2 y acero A36.
b) Ya habiendo predimensionado definimos las secciones de los elementos
estructurales tentativos, si fuera necesario aumentaremos peralte dentro del
margen.
Para la losa deck consideramos el modelo que ya nos da el ETABS, y editamos
los datos en función de lo calculado anteriormente:
Fig. 01: Definición de losa, datos en pulgadas.
c)
Luego dibujamos el modelo y asignamos secciones:
Fig. 02: Modelo 3D, con secciones calculadas.
d) Se asignan las cargas actuantes en la estructura, muerta, viva, sismo, y de viento;
seguidamente generamos las combinaciones de carga solicitada, para luego
obtener la envolvente.
Fig. 03: Casos de carga actuante.
Especificamos que para la carga de viento se considerara el ASCE 7-98, donde
debemos editar la velocidad del viento y exposición de la estructura:
Fig. 04: Configuración de la carga de viento.
Luego introducimos los coeficientes que habíamos considerado en el análisis de
presiones de la estructura; quedándonos de la siguiente forma:
6.
Combinaciones de carga:
Las combinaciones usadas son las siguientes:



7.
1.2D + 1.6L
1.2D + 0.5L ± 1E
0.9D ± 1E
Análisis estructural:
Después de hacer correr el programa obtenemos los resultados por cada pórtico.
MOMENTO FLECTOR 3-3 POR ENVOLVENTE EN LA DIRECCION X:
PORTICO 1-1:
PORTICO 2-2:
PORTICO 3-3:
PORTICO 4-4:
MOMENTO FLECTOR 3-3 POR ENVOLVENTE EN LA DIRECCION Y:
PORTICO A-A:
PORTICO C-C:
PORTICO B-B:
8.
Verificación de desplazamientos laterales:
Se verificaron los desplazamientos laterales de las columnas en función a la norma NTE030, el cual especifica que:
Y en resultado del análisis del edificio nos resulta menor al límite permitido, este fue el
resultado:
Lo cual cumple con la norma y asegura la estabilidad.
9.
Diseño definitivo de elementos estructurales:
Basados en el resultado del modelo estructural, tenemos que las secciones iniciales
son las definitivas por estar dentro del rango de esfuerzos y deflexiones, además que
no se han presentado advertencias del programa hacia algún elemento, así tenemos
que:
Viguetas:
W12X53
Vigas principales y de conexión:
W16X31
W14X30
Columnas:
W14X176
10. Si el costo del acero es de US$ 3.00/Kg para la estructura instalada, ¿Cuál es el
costo/m2 de su propuesta estructural?
Realizando el metrado de acero por entrepiso, y luego multiplicando por el área
construida, y también por el precio/Kg, obtenemos lo solicitado:
Longitud de viguetas W12X53 = 75X8 = 600 ft
Longitud de vigas principales W16X31 = 70X4 = 280 ft
Longitud de vigas conectoras W14X30 = 75X3 = 225 ft
Longitud de columnas W14X176 = 12X16.5 = 198 ft
Transformado a Kg, obtenemos:
Peso obtenidos de metrado:
Peso de viguetas W12X53 =
Peso de vigas principales W16X31 =
Peso de vigas conectoras W14X30 =
Peso de columnas W14X176 =
14724
4020.8
3132
16135
Total de peso por entrepiso=
38011.8 Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
Ahora para pasando a Kg/m2 de esta forma:
Peso por entrepiso/Área construida = 38011.8 / 487.74 = 77.93 Kg/m2
De esto el costo se obtiene de:
Costo por m2 = 77.93 X 3 = US$ 233.80/m2
11. Presentación de planos de diseño estructural.