UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA MONTERÍA
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Manual Básico para ETABS Jorge Enrique Cruz Benedetti Profesor titular de Análisis Análisis Estructural
[Una guía rápida para utilizar el programa ETABS de Computers & Structures Inc. a través de un ejemplo de estructura real, de conformidad con la Norma Colombiana de Construcción Sismo Resistente NSR-10] .
Prólogo
El programa ETABS de la casa CSI (Computers & Structures Inc.) de Berkeley, California está orientado hacia el análisis y diseño de edificios de concreto reforzado y acero. Es hermano de SAP2000, el cual a su vez está orientado hacia cualquier tipo de estructura (incluidos edificios). CSI (Computers & Structures Inc.) de Berkeley ha desarrollado además de los anteriormente mencionados, SAFE, (losas y cimentaciones), CSICOL, (análisis de columnas), PERFORM3D, (análisis de segundo orden) y SECTION BUILDER, (análisis de secciones, ya no aparece en su catálogo). Todos los programas de CSI tienen una interfaz casi igual y con la misma organización para la entrada y salida de datos, por lo que se hace más corta la curva de aprendizaje entre los diferentes paquetes. Existen muchos manuales para el uso de ETABS y en la página web de CSI se pueden bajar tutoriales en video sobre sus programas, pero en este texto se enfocará su aprendizaje a través del análisis completo de un edifico de 9 pisos, incluido análisis estático, dinámico y secuencia de construcción.
Jorge Enrique Cruz Benedetti
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Prólogo
El programa ETABS de la casa CSI (Computers & Structures Inc.) de Berkeley, California está orientado hacia el análisis y diseño de edificios de concreto reforzado y acero. Es hermano de SAP2000, el cual a su vez está orientado hacia cualquier tipo de estructura (incluidos edificios). CSI (Computers & Structures Inc.) de Berkeley ha desarrollado además de los anteriormente mencionados, SAFE, (losas y cimentaciones), CSICOL, (análisis de columnas), PERFORM3D, (análisis de segundo orden) y SECTION BUILDER, (análisis de secciones, ya no aparece en su catálogo). Todos los programas de CSI tienen una interfaz casi igual y con la misma organización para la entrada y salida de datos, por lo que se hace más corta la curva de aprendizaje entre los diferentes paquetes. Existen muchos manuales para el uso de ETABS y en la página web de CSI se pueden bajar tutoriales en video sobre sus programas, pero en este texto se enfocará su aprendizaje a través del análisis completo de un edifico de 9 pisos, incluido análisis estático, dinámico y secuencia de construcción.
Jorge Enrique Cruz Benedetti
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Tabla de contenido 1 Aspectos básicos ................................................................. .......................................................................................... .........................................5 ................5 1.1 Descripción de los menús y comandos ............................................... ...................................................................5 ....................5 1.2 Creación del modelo ................................. .......................................................... .................................................. ...................................11 ..........11 1.2.1 Sistema de unidades ............................................... ........................................................................ .......................................12 ..............12 1.2.2 Nuevo modelo ........................ modelo ................................................. .................................................. ...............................................12 ......................12 1.2.3 Opciones de color ...................... color ............................................... .................................................. ...........................................14 ..................14 2 Definir ................................................. .......................................................................... .................................................. ...............................................15 ......................15 2.1 Materiales ................................................. .......................................................................... .................................................. ...................................15 ..........15 2.2 Secciones ................................................. .......................................................................... .................................................. ...................................16 ..........16 2.2.1 Columnas ...................... Columnas ............................................... .................................................. ................................................... ...............................16 .....16 2.2.2 Vigas ......................... Vigas .................................................. .................................................. .................................................. ...................................17 ..........17 2.2.3 Placas y muros ................................................ ......................................................................... ...............................................18 ......................18 2.3 Casos de carga.................................................. ........................................................................... .................................................. ..........................19 .19 2.3.1 Carga muerta, viva, peso propio ....................................................................19 propio ....................................................................19 2.3.2 Carga sísmica ........................ sísmica ................................................. .................................................. ...............................................20 ......................20 2.3.3 Carga de viento ............................................... ........................................................................ ...............................................21 ......................21 2.3.4 Espectro de diseño .................................................. ........................................................................... .......................................22 ..............22 2.4 Combinaciones de carga ............................................... ........................................................................ .......................................24 ..............24 3 Dibujar ................................................ ......................................................................... .................................................. ...............................................26 ......................26 3.1 Opciones de vista ................................. .......................................................... .................................................. .......................................26 ..............26 3.2 Dibujar vigas ................................................. .......................................................................... ................................................... ...............................26 .....26 3.2.1 Vigas maestras o principales ................................................ ......................................................................... ..........................26 .26 3.2.2 Vigas auxiliares o secundarias ........................ secundarias ................................................. ...............................................27 ......................27 3.2.3 Viguetas ........................ Viguetas ................................................. .................................................. ................................................... ...............................28 .....28 3.3 Dibujar columnas ............................................... ........................................................................ .................................................. ..........................29 .29 3.4 Dibujar plantilla y huecos ................................... ............................................................ .................................................. ..........................30 .30 3.5 Dibujar muros........................................ muros................................................................. .................................................. .......................................31 ..............31 4 Asignar.................................................... Asignar............................................................................. .................................................. ...........................................32 ..................32 4.1 Restricciones para los apoyos ....................................... ................................................................ .......................................32 ..............32 4.2 Diafragma ................................................. .......................................................................... .................................................. ...................................33 ..........33 4.3 Cargas verticales ............................................... ........................................................................ .................................................. ..........................34 .34 4.3.1 Carga sobre placas ........................ placas ................................................. .................................................. .......................................34 ..............34 4.3.2 Carga sobre vigas ...................... vigas ............................................... .................................................. ...........................................34 ..................34 5 Analizar ............................................... ........................................................................ .................................................. ...............................................35 ......................35 5.1 Chequear modelo .................................................. ........................................................................... ...............................................35 ......................35 5.2 Correr análisis........................................................ ................................................................................. ...............................................35 ......................35 6 Mostrar................................................ ......................................................................... .................................................. ...............................................36 ......................36 6.1 Cargas verticales aplicadas ........................................... .................................................................... .......................................36 ..............36 6.2 Cargas verticales generadas (por área aferente).................................... aferente)..................................................37 ..............37 6.3 Cargas horizontales generadas ............................................. ....................................................................... ...............................37 .....37 6.3.1 Sísmicas estáticas ............................................... ........................................................................ ...........................................37 ..................37 6.3.2 Viento ........................ Viento ................................................. .................................................. .................................................. ...................................38 ..........38 6.4 Desplazamientos ............................................... ........................................................................ .................................................. ..........................38 .38 6.5 Derivas.................................................. ........................................................................... .................................................. .......................................39 ..............39 6.6 Diagramas de momento, cortante, cortan te, axial, torsión.................................................. ...................................................40 .40 3
6.7 Reacciones ...........................................................................................................40 6.8 Modos de vibración y desplazamientos ................................................................41 7 Editar ..........................................................................................................................42 7.1 Insertar pisos ........................................................................................................42 7.2 Cambiar nombres de pisos ...................................................................................43 7.3 Visualizar en OpenGL. ..........................................................................................43 7.4 Cambiar rango de cargas horizontales .................................................................44 7.4.1 Sísmica ..........................................................................................................44 7.4.2 Fuente de masa para generación de fuerzas sísmicas ..................................44 7.4.3 Viento .............................................................................................................45 8 Refinar análisis ...........................................................................................................45 8.1 Efectos P-Delta .....................................................................................................45 8.2 Cumplir deriva.......................................................................................................45 8.3 Cortante basal.......................................................................................................47 8.3.1 Asignar grupo .................................................................................................47 8.3.2 Ángulos principales de la estructura ...............................................................47 8.3.3 Factor de escala .............................................................................................49 8.4 Deriva y desplazamientos .....................................................................................50 9 Diseño.........................................................................................................................51 9.1 Diseño de elementos de concreto.........................................................................51 9.1.1 Código de diseño ...........................................................................................52 9.1.2 Parámetros de diseño ....................................................................................52 9.1.3 Áreas de acero ...............................................................................................52 9.1.4 Diseño interactivo ...........................................................................................55 9.1.5 Muros cortantes ..............................................................................................55 10 Secuencia de construcción .....................................................................................59 11 Impresión de resultados ..........................................................................................63 11.1 Datos de entrada ...............................................................................................63 11.1.1 Lista de materiales ......................................................................................63 11.1.2 Fuerzas sísmicas y de viento auto-generadas; espectros de diseño . .........64 11.2 Datos de salida ..................................................................................................65 11.2.1 Análisis ........................................................................................................65 11.2.2 Diseño .........................................................................................................65 11.2.3 Resumen .....................................................................................................66 12 Generación y exportación de videos, dibujos y archivos .........................................67 12.1 Videos................................................................................................................68 12.2 Dibujos...............................................................................................................68 12.3 Archivos .............................................................................................................69
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Aspectos básicos
Para emprender con propiedad este curso y poder entenderlo, los alumnos deben tener unos conocimientos bien cimentados de análisis estructural tanto estático como dinámico. 1.1 Descripción de los menús y comandos Al inicio de ETABS aparecerá la siguiente pantalla en la cual aparece un pop-up de tips o sugerencias; vale la pena que la deje activada y que lea los tips ya que son útiles.
Figura 1-1 En la primera fila se encuentra la barra de menú con las siguientes opciones: Menús de primer orden: • • • • • • • • •
File Edit View Define Draw Select Assign Analyze Display
à à à à à à à à à
Archivo Editar Ver Definir Dibujar Seleccionar Asignar Analizar Mostrar 5
• •
Design Help
à à
Diseñar Ayuda
Submenús o menús de segundo orden: File: • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
File: New model File: Open File: Save File: Save as File: Import File: Export File: Create video File: Print setup File: Print preview File: Print graphics File: Print table File: Capture enhanced metafile File: Capture dxf files File: Capture picture File: Modify/show project info File: User comments and log File: Last analysis log File: Display input/putput… File: Delete analysis files
à
Edit: Undo Edit: Redo Edit: Cut Edit: Copy Edit: Paste Edit: Delete Edit: Add to model from template Edit: Replicate Edit: Undo Edit: Grid data Edit: Story data Edit: References planes Edit: Merge points Edit: Align points/lines…
à
à à à à à à à à à à à à à à à à à à
Nuevo modelo Abrir Guardar Guardar como Importar Exportar Crear video Ajustes de impresión Vista preliminar de impresión Imprimir gráficos Imprimir tablas Capturar meta-archivos Capturar archivos dxf Capturar figuras Modificar/mostrar info proyecto Comentarios y registro de la sesión Registro del último análisis Mostrar archivos entrada/salida Borrar archivos del último análisis
Edit: • • • • • • • • • • • • • •
à à à à à à à à à à à à à
Deshacer Rehacer Cortar Copiar Pegar Borrar Añadir al modelo de plantilla Replicar Deshacer Datos grilla Datos pisos Planos de referencia Fusionar puntos Alinear puntos/líneas 6
• • • • • • • • • •
Edit: Move points/lines… Edit: Expand/shrink areas Edit: Merge areas Edit: Mesh areas Edit: Split area edge Edit: Joint lines Edit: Divide lines Edit: Extrude points to lines Edit: Extrude lines to areas Edit: Auto relabel all
à
View: Set 3D view… View: Set plan view … View: Set elevation view… View: Set building view limits View: Set building view options View: Rubberband zoom View: Restore full view View: Previous zoom View: Zoom in one step View: Zoom out one step View: Pan View: Measure View: Change axes location View: Show selection only View: Show all View: Show selection only View: Save custom view View: Show custom view View: Refresh window View: Refresh view View: Create OpenGL view…
à
à à à à à à à à à
Mover puntos/líneas Expandir/contraer áreas Fusionar áreas Mallar áreas Separar bordes áreas Unir líneas Dividir líneas Extruír puntos a líneas Extruír líneas a áreas Re-etiquetar todo
View: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à
Situar en 3D… Situar en planta… Situar en elevación… Ajustar límites de vistas Ajustar opciones de vistas Acercamiento elástico Restaurar vista completa Acercamiento previo Acercamiento paso a paso Alejamiento paso a paso Desplazar Medir Cambiar lugar ejes Mostrar selección solamente Mostrar todo Mostrar selección solamente Guardar vista personalizada Mostrar vista personalizada Refrescar ventana Refrescar vista Crear vista OpenGL
Define: • • • • • •
Define: Materials properties Define: Section properties Define: Wall/slab/deck properties Define: Link properties Define: Frame nonlinear hinge… Define: Diaphragms
à à à à à à
Propiedades materiales Propiedades secciones Propiedades muros/placas/decks Propiedades de enlaces Bisagras de barras no-lineales Diafragmas 7
• • • •
• • • • • • • • • •
Define: Groups Define: Section cuts Define: Response spectrum functions Define: Time history functions
à Define: Static load cases à Define: Response spectrum cases à Define: Time history cases Define: Static nonlinear/pushover casesà Define: Add sequential construct. case à Define: Load combinations à à Define: Add default design combo Define: Convert combos to nonlinear à à Define: Special sismic load effects à Define: Mass source
Grupos Corte secciones Espectros de diseño Funciones historia-tiempo (cronológico) Casos de carga estática Casos de espectros de diseño Casos de historia-tiempo Casos estático no-lineal/rendimiento Caso de secuencia construcción Combinaciones de carga Combos de diseño por defecto Conv. combos desempeño no-lineal Efectos sísmicos especiales Fuente de masa
à Draw: Select object à Draw: Reshape object à Draw: Draw point objects à Draw: Draw line objects à Draw: Draw area objects Draw: Draw developed elevations def… à à Draw: Draw sectioin cuts Draw: Draw dimension line à Draw: Draw reference point à Draw: Snap to… à
Seleccionar objeto Reformar objeto Dibujar objetos punto Dibujar objetos línea Dibujar objetos área Dibujar elevaciones definidas Dibujar cortes de sección Dibujar línea de dimensión Dibujar punto de referencia Ajustar a…
à à à à
Draw: • • • • • • • • • •
Select: • • • • • • • • • • • •
Select: At pointer/in window Select: Intersecting line Select: On XY plane Select: On XZ plane Select: On YZ plane Select: By groups Select: By frame sections Select: By wall/slab/deck sections Select: By link properties Select: By line object types Select: By area object types Select: By pier ID
à à à à à à à à à à à à
Con puntero/ventana Con línea En plano XY En plano XZ En plano YZ Por grupos Por secciones de barras Por secciones de muros/places/deck Por propiedades de enlaces Por tipos de objetos de línea Por tipos de objetos de área Por identificación de pilar 8
• • • • • • •
Select: By spandrel ID Select: By story level Select: All Select: Invert Select: Deselect Select: Get previous selection Select: Clear selection
à à à à à à à
Por identificación de viga Por nivel de piso Todo Invertir (selección) Deseleccionar Selección anterior Limpiar selección
Assign: • • • • • • • • •
Assign: Joint/point Assign: Frame/line Assign: Shell/area Assign: Joint/point loads Assign: Frame/line loads Assign: Shell/area loads Assign: Clear display of assigns Assign: Copy assigns Assign: Paste assigns
à à à à à à à à à
Nudo/punto Barra/línea Cáscara/área Cargas en nudo/punto Cargas en barra/línea Cargas en cáscaras/áreas Limpiar asignaciones Copiar asignación Pegar asignación
Analysis: à
•
Analyse: Set analysis options Analyse: Check model Analyse: Run analysis Analyse: Run const.sequence…
•
Analyse: Calcul.diaph.center…
à
•
Analyse: Run static nonlinear…
à
• • •
à à à
Fijar opciones de análisis Chequear modelo Correr análisis Correr análisis secuencia de construcción Calcular centro de rigidez de diafragmas Correr análisis estático no-lineal
Display: • • • • •
• • • • •
Display: Show undefor. shape Display: Show loads Display: Show deformed shape Display: Show mode shape Display: Show member force…
à
Display: Show energy/virtual work Display: Show reponse spectrum Display: Show time-history traces Display: Show static pushover curve Display: Show story response plots
à
à à à à
à à à à
Mostrar forma indeformada Mostrar cargas Mostrar deformada Mostrar modos Mostrar fuerzas/esfuerzos en barras/áreas Mostrar trabajo virtual/energía Mostrar espectro de respuesta Mostrar trazos cronológicos Mostrar curva desempeño estático Mostrar gráfica respuesta de pisos 9
•
Display: Show tables
à
Mostrar tablas
à
Diseño de acero Diseño de concreto Diseño de viga compuesta Diseño de viga de acero Diseño de muro cortante
Design: • • • • •
Design: Steel frame design Design: Concrete frame design Design: Composite beam design Design: Steel joist design Design: Shear wall design
à à à à
Options: • • • • • • • • • • • • •
• • •
à Options: Preferences à Options: Colors à Options: Windows à Options: Set calculator memory à Options: Show tips at startup à Options: Show bounding plane Options: Moment diagrams on tensión à Options: Sound à Options: Lock model à à Options: Auto save model Options: Sound à Options: Show aerial view window à Options: Show floating property window à
Options: Show crosshairs Options: Enhanced graphics Options: Reset toolbars
à
Help: Search for help on… Help: Documentation and tutorials Help: CSI on the Web Help: About ETABS
à
à à
Preferencias Colores Ventanas Fijar memorias de calculadora Mostrar sugerencias al comenzar Mostrar planos ligados Diagramas momento en lado tensión Sonido Bloquear modelo Auto guardar modelo Sonido Mostrar ventana vista aérea Mostrar ventana flotante de propiedades Mostrar cruz Gráficos mejorados Restaurar barras de menu
Help: • • • •
à à à
Buscar ayuda en… Documentación y tutoriales CSI en la Web… Acerca de ETABS
Estos submenús pueden varían ligeramente dependiendo de la versión del paquete. La manera de enfocar la entrada y salida de datos en ETABS es a través de los verbos que figuran en dicho menú, los cuales se pueden conjugar en cualquier orden, pero se recomienda el siguiente: Definir, Dibujar, Seleccionar, Asignar, Analizar y Diseñar.
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Las otras líneas corresponden a los iconos correspondientes a dichos comandos y se recomienda personalizar dicha barra con el fin de tener todos los iconos (atajos) disponibles para mayor rapidez: clique botón derecho sobre dicha barra y añada y distribuya los iconos a su gusto en sentido horizontal o vertical. Aquí se utilizará el menú de comandos con el fin de que el alumno se familiarice con el programa antes de usar los atajos. Los submenús correspondientes a los comandos se estudiarán a medida que se desarrolle el curso. En este texto se utilizará “:” para separar los comandos menú, sub-menú, sub-sub-menú; así por ejemplo: •
Define: Define frame sections: Modify/show property. Section name. Reinforcement. o o
Implicará un comando de tercer o cuarto nivel. 1.2 Creación del modelo En ETABS el sistema de coordenadas se establece en función de los pisos: en planta se tiene X y Y y en elevación se tienen los pisos. Se trabaja con objetos punto, objetos línea y objetos áreas dibujados sobre una grilla de soporte que se selecciona coincidente con los ejes de la estructura (primarios) y ejes auxiliares (secundarios) para vigas o elementos auxiliares. Como se pudo ver en 1.1, la variedad de comandos de ETABS es extensa, de manera que sería imposible abarcar todos en este curso. Sin embargo, se pretenderá utilizar los más necesarios quedando de parte del estudiante la exploración de los otros. Aunque ya existen versiones de ETABS traducidas al español, en este texto se trabajará en el idioma inglés, el cual es muy técnico y no presenta mucha complejidad. Para el propósito del curso se modelará un edificio en concreto reforzado de 8 entrepisos con: • • • •
•
•
4 luces en el sentido X de 6, 7, 5.5 y 6.2 metros. 3 en el sentido Y de 5.6, 6.5 y 4.8 metros. Las alturas de entrepisos serán de 3 metros. Los entrepisos estarán modelados con vigas maestras y viguetas unidireccionales en el sentido Y. La estructura será de tipo dual de acuerdo a la NSR-10 (pórticos dúctiles más muros cortantes). La carga muerta será de 0.4 Tf/m2; la viva de 0.2 Tf/m2. 11
•
El espectro de diseño para análisis modal será el correspondiente a amenaza sísmica intermedia de la NSR-10 con Aa=0.10; Av=0.15, I=1.0 y tipo de suelo D.
Figura 1-2 1.2.1 Sistema de unidades •
Seleccione en la parte inferior derecha Ton-m para trabajar en estas unidades; el programa tiene una gran variedad y automáticamente convierte unas en otras: si usted cambia a kN-m todos los parámetros definidos de secciones, materiales, cargas, etc. serán convertidos de Ton-m a kN-m.
1.2.2 Nuevo modelo •
• • • • •
Seleccione File:New model: Default.edb: Uniform grid spacing (espacio de grilla uniforme). Coloque 5 en Number of lines in X Direction (número de líneas en X). Coloque 4 en Number of lines in Y Direction (número de líneas en Y). A continuación Custom grid spacing (espacio de grilla personalizado). En la parte derecha ponga 1 en Number of stories (número de pisos). Seleccione Grid only (solo grilla) en la parte inferior y presione Edit grid (editar grilla).
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Figura 1-3 En el siguiente submenú Define Grid Data (definir datos de la grilla):
Figura 1-4 • • • • • •
Seleccionar Spacing (espacios). En la parte de X Grid Data (dato de grilla en X) cambiar así: B à7*; Cà5.5; Dà6.2. En la parte de Y Grid Data (dato de grilla en Y) cambiar asi: 1 à5.6; 2à6.5; 3à4.8. Deje Primary (primaria) en Line Type (tipo de línea). Deje Show (mostrar) en Visibility (visibilidad). Dejar Top (arriba) en Bubble Loc (localización de burbuja de eje) en X. 13
• • •
Dejar Left (izquierda) en Bubble Loc (localización de burbuja de eje) en Y. Dejar 1.25 en Bubble Size (tamaño de burbuja). Presione OK dos veces.
* Si usted coloca `700cm´ o `7000mm´, el programa automáticamente convertirá esa medida a 7 m. Se visualizarán entonces dos ventanas: la izquierda con la planta del edificio en el piso 2 y la derecha con una vista en 3D de la grilla de guía. Esta grilla servirá de soporte para dibujar todos los objetos punto, línea o área del modelo matemático. Se modelará completamente la planta estructural del piso 2 con cargas incluidas y luego se replicará siete (7) veces para completar los otros entrepisos. Es entonces importante que no existan errores en dicha planta o de lo contrario se deberá corregir toda la estructura.
Figura 1-5 1.2.3 Opciones de color Se personalizan los colores de esta manera: • • • •
Seleccione Options: Colors: Display (opciones: Color: Mostrar). Clic izquierdo sobre Columns (columnas); Azul; aceptar. Clic izquierdo sobre Beams (vigas); Blanco; aceptar. Clic izquierdo sobre Texts (textos); Negro; aceptar. 14
• • •
Clic izquierdo sobre Background (fondo); Gris; aceptar. Clic izquierdo sobre Floors (pisos); Rosado; aceptar. Presione OK.
Usted puede personalizar los colores a su gusto si no le agradan los anteriores. Se guarda el modelo: •
File: Save: Manual.
Es aconsejable que se guarde cada vez que se modifique; si no se está seguro acerca de la modificación a hacer, se debe guardar con un nombre diferente para preservar el archivo original. Si resulta la modificación, se guarda con el nombre original.
Figura 1-6 2
Definir
En este capítulo se definirán los materiales, secciones de las barras, placas, casos de carga estática, espectros de respuesta, combinaciones de carga y fuentes de masa. 2.1 Materiales Se define concreto de 21 MPa: •
Define: Materials properties (definir: propiedades de materiales). 15
•
• • • •
Hay tres materiales por defecto: CONC, STEEL, OTHER (concreto, acero, otro); Seleccione CONC; Modify/Show material (modificar/mostrar). Cambie Módulo de Elasticidad a 2´000,000 Ton/m2. Cambie f´c a 2100 Ton/m2 (resistencia concreto). Cambie fy a 42000 Ton/m2 (resistencia acero longitudinal). Cambie fys a 24000 Ton/m2 (resistencia acero transversal).
Figura 2-1 2.2 Secciones Se definen las siguientes secciones: ü ü
ü
Columnas: 70x70 cm para los primeros cuatro niveles; 60x60 cm para el resto. Vigas: Cargueras, 40x50 cm; no cargueras 35x50 cm; auxiliares 20x50 cm; viguetas 10X50 cm; además se define una sección de reserva de 45x50 cm para la eventualidad de que no alcance con la de 40x50 cm. Placas: plantilla 5 cm; muro cortante 25 cm.
Para tener en cuenta la fisuración del concreto se modificarán las secciones así: vigas 0.5I, columnas 0.7I. 2.2.1 Columnas Define: Frame sections (definir: secciones barras). Por defecto aparecen unas secciones las cuales se seleccionarán y se borrarán (delete property); deberá quedar solo una: W44x135. Add rectangular (Añadir rectangular): • •
•
16
o o o o
Secction name: C70x70 (columna 70x70). Material: CONC. Depth: 0.7. Wide: 0.7. § Reinforcement: cliquear Column; rectangular; ties. § Cover to rebar centre (recubrimiento): 0.05. § Check/design: Reinforcement to be designed (dará al área de acero); si se cliquea Reinforcement to be checked, se deberá colocar el número de varillas y el programa dirá si son suficientes. § Set modifiers: Moment of Inertia about 2 axis: 0.7; lo mismo para Moment of Inertia about 3 axis.
A continuación defina la columna de 60x60 cm. 2.2.2 Vigas §
•
Añada también las siguientes vigas: 10x50; 20x50; 35x50; 40x50 y 45X50 con el mismo procedimiento pero seleccione Beam; rectangular y denomínelas V20x50, etc. para diferenciarlas de las columnas. Póngales 5 cm de recubrimiento tanto arriba (top) como abajo (bottom). Fisure las vigas con Set modifiers: Moment of Inertia about 2 axis: 0.5; lo mismo para Moment of Inertia about 3 axis.
Recuerde guardar el archivo cada vez que haga un cambio importante.
Figura 2-2 17
2.2.3 Placas y muros Primero se definirá la plantilla: • • •
Define: Define wall/slab/deck sections. Seleccione SLAB1. Modify/show section. Section name: PLACA5. Material: CONC. Thickness: Membrane: 0.05. Thickness: Bending: 0.05. Type: Membrane. Load distribution: Use special one way load distribution. OK. o o o o o o o
A continuación defina el muro cortante de 25 cm: • • •
Define: Define wall/slab/deck sections. Seleccione WALL1. Modify/show section. Section name: MURO25. Material: CONC. Thickness: Membrane: 0.25. Thickness: Bending: 0.25. Type: Shell. OK. o o o o o o
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Figura 2-3 2.3 Casos de carga Se definen casos de carga como sigue: peso propio, muerta, viva, sismo y viento. Para la carga sísmica se utilizará un C (Sa en NSR-10) de 0.274 y k=1.47 calculados de acuerdo a la NSR-10 para una altura de 24 m y un período de 0.821. 2.3.1 Carga muerta, viva, peso propio •
Define: Static load cases (Definir casos de cargas estáticas). o o o o
•
Cambie DEAD a PP. Deje Type como DEAD. Self weight multiplier en 1 (para considerar el peso propio de la estructura). Modify load.
Con el mismo procedimiento defina la carga muerta sobre-impuesta y la viva sin factor de peso propio usando Add new load o modify load si ya existe.
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Figura 2-4 2.3.2 Carga sísmica Se supone los siguientes parámetros para la Fuerza Horizontal Equivalente: • • • • •
Aa=0.10 Av=0.15 I=1.0 Amenaza sísmica: intermedia Tipo de suelo: D
Añada la carga EXDER: (Fuerza Horizontal Equivalente en X para deriva) •
Define: Static load cases (Definir casos de cargas estáticas). o o o o o o
Load: EXDER. Type: QUAKE. Add new load. Auto lateral load: User coefficient. Modify load. Modify lateral load: X Dir+Eccen.Y (torsión accidental sentido horario). Base shear coefficient: 0.40. Building height exp.K: 1.16. Deje Ecc.ratio en 0.05 (5%). • • • •
20
•
Con el mismo procedimiento añada los casos EYDER; EXDIS y EYDIS con los siguientes parámetros en Modify lateral load respectivamente: o o
Y Dir+Eccen.X. X Dir+Eccen.Y. Base shear coeficient: 0.4/5=0.08 (Para dividir las fuerzas de diseño por R). Y Dir+Eccen.X. Base shear coeficient: 0.4/5=0.08 (Para dividir las fuerzas de diseño por R). •
o
•
•
Los demás parámetros déjelos igual.
Figura 2-5 2.3.3 Carga de viento Añada la carga WX: •
Define: Static load cases (definir casos de cargas estáticas). o o o o o o
Load: WX. Type: WIND. Add new load. Auto lateral load: ASCE 7-05. Modify load. Modify lateral load: 21
• • • • • • • • • • •
•
Wind direction angle: 0. Winward Coeff.: 0.8. Leeward Coeff.: 0.5. Wind speed: 70 mph. Exposure type: B. Importance factor: 1. Topographical factor: 1. Gust factor: 0.85. (Ráfaga). Directionally factor:0.85. Include parapet;parapet height: 1.2. OK.
Con el mismo procedimiento añada la carga WY pero con: •
Wind direction angle: 90.
Figura 2-6 2.3.4 Espectro de diseño Se define un espectro de diseño de acuerdo a la NSR-10 para amenaza sísmica intermedia, cuyos datos están almacenados en el archivo Intermedia: •
Define: Response spectrum functions: Choose function type to add: Spectrum from file: Add new function: Browse: MONTERIA NSR-10. Function name: MONTERIA. Clique Period vs. value: Display graph; se deberá ver la curva del espectro. o o
22
o o
Clique OK. Clique Convert to User Defined para que quede grabado en el archivo del proyecto.
Figura 2-7 •
Define response spectrum cases: Add new spectrum. Spectrum case name: MONTX. Damping: 0.05. Modal combination: CQC (complete quadratic combination). Directional combination: SRSS (square root sum squares). Input response spectra: U1 Function: MONTERIA. Excitation angle: 0. Scale factor: 9.81 (para normalizarlo). OK. o o o o o o o o
•
Con el mismo procedimiento añada MONTY con la siguiente variación: Input response spectra: U2 Function: MONTERIA. Excitation angle: 0. Scale factor: 9.81. OK. o o o o
23
Figura 2-8 2.4 Combinaciones de carga Se definirán las siguientes combinaciones de cargas para el diseño de los elementos de conformidad con los títulos A y B de la NSR-10 (literales A.3.7.1 y B.2.4.2) suponiendo un R aproximado de 5/(.9*.9*1)=~0.25. La primera combinación COMB0 sin factor de mayoración servirá para chequear flechas y para las cargas sobre la cimentación; CM=Muerta, CV=Viva, WX=Viento X, WY=Viento Y, EQX=Sismo X, EQY=Sismo Y, DER=Deriva, DIS=Diseño, SPEC=Espectro. • • • • • • • • • • • •
COMB0: 1.0PP+1.0 CM+1.0 CV. CM: 1.4 PP+1.4 CM. CMCV: 1.2 PP+1.2 CM+1.6 CV. CMCVWX1: 1.2 PP+1.2 CM+1 CV+1.6 WX. CMCVWX2: 1.2 PP+1.2 CM+1 CV-1.6 WX. CMCVWY1: 1.2 PP+1.2 CM+1 CV+1.6 WY. CMCVWY2: 1.2 PP+1.2 CM+1 CV-1.6 WY. CMCVEXDER1: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV+1.0 EXDER. CMCVEXDER2: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV-1.0 EXDER. CMCVEYDER1: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV+1.0 EYDER. CMCVEYDER2: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV+1.0 EXDER. CMCVEXDIS1: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV+1.0 EXDIS+0.3 EYDIS. 24
• • • •
CMCVEXDIS2: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV-1.0 EXDIS-0.3 EYDIS. CMCVEYDIS1: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV+1.0 EYDIS+0.3 EXDIS. CMCVEYDIS2: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV-1.0 EYDIS-0.3 EXDIS. CMCVSPEC: 1.4 PP+1.4 CM+1.0 CV+1.0 SPECX+1.0 SPECY.
Esta última atendiendo la sugerencia del Prof. Ed Wilson que dice que si se contempla la combinación de los códigos del 100%+30%, se estaría sub-estimando las fuerzas sísmicas y se tendría una estructura débil en un sentido. •
Define: Load combinations: Add new combo. Load combination name: COMB0. Case name: PP. Scale factor: 1. Case name: CM. Scale factor: 1. Case name: CV. Scale factor: 1. OK. o o o o o o o o
Defina las otras veintisiete combinaciones de la misma manera.
Figura 2-9 Nota: Para la próxima vez que inicie un modelo, seleccione como base de dato este archivo para no tener que repetir la definición de los materiales, cargas, combinaciones de carga y secciones. 25
3
Dibujar
Ya se tienen definidos los materiales, las secciones, los casos de carga estática, los casos de carga dinámica y las combinaciones de carga; ahora se procederá a dibujar las vigas y columnas del piso 2. Colóquese en la ventana izquierda (planta). 3.1 Opciones de vista Con este comando se puede controlar lo que se quiere ver ya que demasiada información podría confundir. Por el momento se activará las secciones de los objetos línea. •
View: Set building view options: Line sections: Apply to all windows.
Figura 3-1 3.2 Dibujar vigas 3.2.1 Vigas maestras o principales •
Draw: Line objects: Draw lines (properties of object). Type of line: frame. Property: V40x55 Moment releases: continous. Dibuje de A1 a B1; de B1 a C1; de C1 a D1 y de D1 a E1. o o o o
Otra manera: 26
•
Draw: Line objects: Create lines in region (properties of object). Type of line: frame. Property: V40x50. Moment releases: continous. Clique la grilla 2 entre A y B; entre B y C; entre C y D y entre D y E. Seleccione toda la grilla 3 con una ventana en sentido horario. Haga lo mismo con la grilla 4. o o o o o o
Dibuje ahora las vigas maestras verticales de 35x50 con cualquiera de los métodos anteriores. 3.2.2 Vigas auxiliares o secundarias En nuestro modelo, las vigas auxiliares son las que están en la zona de la escalera; colóquese en la ventana izquierda en planta y seleccione la viga entre ejes C y D de la grilla 2: •
Edit: Replicate: Linear: dy: 2.5.
Seleccione la nueva línea generada y cambie la sección a 20X50: •
Assign: Frame line: Frame section: 20x50: OK.
Genere la viga auxiliar vertical situada a 2.5 m a la derecha de la grilla C con el mismo procedimiento anterior. Ahora se deberá partir la última viga en la intersección con la viga auxiliar horizontal previamente generada de manera que se pueda borrar la parte superior; seleccione ambas vigas: •
Edit: Divide lines: Break at intersections: OK.
Seleccione la parte superior y elimínela con Delete.
27
Figura 3-2 3.2.3 Viguetas Se colocarán en sentido vertical separadas a máximo 1.2m centro a centro con el comando de vigas auxiliares que funciona con las grillas activadas y sólo funciona entre dichas grillas : •
Draw: Line objects: Create secondary beams. Type of line: frame. Property: V10x50. Moment releases: continous. Spacing: Max.spacing: 1.2. Max spacing. Approx.orientation: Y. Clique cada retícula en cualquier sitio. o o o o o o o
28
Figura 3-3 3.3 Dibujar columnas Columnas: •
Draw: Line objects: Create columns in region (properties of object). Property: C70x70. Moment releases: continous. Clique las intersecciones A1, B1, C1, D1 y E1. o o o
Otra manera: •
Draw: Line objects: Create columns in region (properties of object). Property: C70x70. Moment releases: continous. Seleccione toda la grilla con una ventana en sentido horario. o o o
29
Figura 3-4 3.4 Dibujar plantilla y huecos La plantilla cubre toda el área a excepción de los huecos del ascensor y la escalera: •
Draw: Area objects: Draw rectangular areas (properties of object). Property: PLACA5. Seleccione con el puntero la esquina inferior izquierda y arrastre hasta la esquina superior derecha. o o
El programa automáticamente reparte la carga aplicada sobre la plantilla a las viguetas que la soportan de acuerdo a su área aferente, para lo cual el eje local de la plantilla deberá estar orientado perpendicular a las viguetas; note la flecha de doble punta indicadora que está horizontal. Para los huecos: •
Draw: Area objects: Draw rectangular areas (properties of object). Property: OPENING. Seleccione con el puntero la esquina inferior izquierda y arrastre hasta la esquina superior derecha de los vacíos abarcando ambos. o o
30
Figura 3-2 3.5 Dibujar muros Se dibujan dos muros de 200x25 cm situados en los ejes A y E a una distancia de 2.85 m del eje 2; primero se definirá una grilla en Y=8.45: Sitúese en la ventana izquierda; haga clic derecho: Edit Grid Data. GLOBAL. Modify/show system. § Define Grid Data: Y Grid Data: Ordinate: 8.45. § Line type:Secondary. § Visibility: Show. § Bubble location: Left. § OK. OK. •
o o
o
A continuación se dibuja el muro en el eje A: •
Draw: Area objects: Draw walls (plan). Type of area: Pier. Property: MURO25. Auto pier/spandrel ID: Yes. Drawing control: Fixed dx and dy. Fixed dx: 0. Fixed dy: 2. o o o o o o
31
o
Seleccione con el puntero la grilla 8.45 en el eje A y avance hacia arriba.
Ahora se replica este muro a una distancia dx=24.7. •
Select: by pier ID. Select pier IDs: PW1. o
•
Edit: Replicate. Linear: Increment data: dx: 24.7. Number: 1. OK. o o o
Seleccione el último muro y cámbiele el nombre a PW2.
Figura 3-3 4
Asignar
En ésta sección se asignarán: • • •
Restricciones a los nudos de soporte de las columnas y muros. Cargas a la losa de entrepiso. Diafragma a la losa de entrepiso.
4.1 Restricciones para los apoyos •
Sitúese en la ventana izquierda en planta. 32
•
• •
Haga clic en la flecha que apunta hacia abajo en la barra de iconos (ascensor) y llegue al nivel BASE. Seleccione todos los nudos. Assign: Joint/Point: Restraint. Icono de empotramiento: OK. o
4.2 Diafragma • •
• •
Sitúese en la ventana izquierda en planta. Haga clic en la flecha que apunta hacia arriba en la barra de iconos (ascensor) y llegue a el nivel STORY1. Seleccione todos los elementos de la vista. Assign: Joint/Point: Diaphragms. Diaphragms: D1. Modify/show diaphragm: OK. o o
En el gráfico se ve el centro de masa y unas líneas indicando el alcance del diafragma.
Figura 4-1 Desactive las secciones: •
View: Set building view options: Line sections: Apply to all windows.
33
4.3 Cargas verticales 4.3.1 Carga sobre placas Se asignará una carga muerta de 0.4 Tf/m y una carga viva=0.2 Tf/m sobre la plantilla: • •
Seleccione la plantilla haciendo clic en cualquier sitio de la misma. Assign: Shell/area loads. Load case name: CM. Units: Ton-m. Uniform load: 0.4. Direction: Gravity. Options: Replace existing loads. Seleccione la plantilla haciendo clic en cualquier sitio de la misma. Assign: Shell/area loads. Load case name: CV. Units: Ton-m. Uniform load: 0.2. Direction: Gravity. Options: Replace existing loads. o o o o o
• •
o o o o o
* Hay una calculadora incorporada presionando la tecla Shift y haciendo doble clic en el campo de la carga; si usted está en otras unidades, al dar OK se convertirán automáticamente a las unidades de trabajo. 4.3.2 Carga sobre vigas Se asignará la carga de la escalera sobre las vigas de apoyo de la misma; carga muerta de 1.2 Tf/m y varga viva de 0.35 Tf/m: Carga muerta: • •
Seleccione la viga de la grilla D entre ejes 2 y 3. Assign: Frame/line loads: Distributed. Load case name: CM. Units: Ton-m. Load type and direction: Forces: Gravity. Trapezoidal load: Absolute distance. § Distance: 0: Load: 1.2 en 1. § Distance: 2.1: Load: 1.2 en 2. Options: Replace existing loads. o o o o
o
Con el mismo procedimiento asigne la carga viva de 0.35 Tf/m.
34
5
Analizar
A estas alturas se debe correr el modelo con el fin de hacer un seguimiento a su comportamiento estructural y de paso se chequea cualquier inconsistencia antes de replicar el entrepiso. Primero se debe chequear el modelo para saber si hay inconsistencias en los nudos, traslapo de barras, áreas, etc. 5.1 Chequear modelo •
Analyze: Check model: Clique todas las opciones .
Al final deberá aparecer un mensaje: Model has been checked, No warning messages ; sino, deberá corregir cualquier problema que aparezca en dicho mensaje. 5.2 Correr análisis • •
Analyze: Set analysis options: Full 3D. Dynamic analysis: Set dynamic parameters. Number of modes: 3 (tres por cada entrepiso). Type of analysis: Ritz vectors (más rápido que Eigenvalue y resultados muy parecidos). Starting Ritz vectors: ACCEL X: Add. Starting Ritz vectors: ACCEL Y: Add. OK: OK. Analyze: Run analysis (F5). o o
o o o
•
35
Figura 5-1 6
Mostrar
A renglón seguido se mostrarán los siguientes datos: • • • • • • • • • •
Cargas verticales aplicadas. Cargas verticales generadas. Cargas horizontales generadas. Desplazamientos. Derivas. Diagramas de momento. Diagramas de cortantes. Diagramas de axiales. Diagramas de torsores. Reacciones.
Seleccione la ventana derecha y maximícela: •
Options: Windows: One.
Pase a vista en 3D con icono 3D. 6.1 Cargas verticales aplicadas •
Display: Show loads: Frame/line. 36
o o o
Load case: CM. Load type: Span loading applied directly to the line object (forces). OK.
6.2 Cargas verticales generadas (por área aferente) •
Display: Show loads: Frame/line. Load case: CM. Load type: All loading that is tributary to the line object (forces). OK. o o o
Figura 6-1 6.3 Cargas horizontales generadas 6.3.1 Sísmicas estáticas •
Display: Show loads: Joint/point. Load case: EXDER1. Forces. Show loading values. OK. o o o o
37
Figura 6-2 6.3.2 Viento •
Display: Show loads: Joint/point. Load case: WX. Forces. Show loading values. OK. o o o o
6.4 Desplazamientos Se mostrará la geometría deformada y en ella se podrá cliquear con botón derecho en cualquier nudo para ver los desplazamientos y rotaciones: •
Display: Show deformed shape. Load case: EYDER1. Scale: Auto. Cubic curve. OK. Lateral drift (muestra además la deriva del nudo en %). o o o o o
38
Figura 6-3 6.5 Derivas Display: Show story response plot. Case: EXDER1. Maximum story drifts (en %). Done. •
o o o
Figura 6-4 39
6.6 Diagramas de momento, cortante, axial, torsión •
Display: Show member forces/stress diagram: frame/pier/spandrel forces. Load: CMCV Combo. Component: Moment 3-3. Scaling: Auto. Options: Fill diagram (muestra en colores) ó, Options: Show values on diagram (muestra valores). Frames. OK. o o o o o o o
Para los otros se aplica el mismo procedimiento pero seleccionando el componente que se desea. Si se cliquea con botón derecho sobre cualquier línea se mostrará con detalle los diagramas de carga, cortante, momento y deflexión pudiendo desplazarse a lo largo de la línea para ver todos los valores.
Figura 6-5 6.7 Reacciones •
Display: Show member forces/stress diagram: support/spring reactions. Load: COMB0 Combo. Type: reactions. OK. o o o
40
Figura 6-6 Si se cliquea con botón derecho sobre cualquier punto se mostrará con detalle los axiales y momentos de la reacción. 6.8 Modos de vibración y desplazamientos •
Display: Show mode shape. Mode number: 1. Scaling: Auto. Cubic curve: clic. OK. o o o o
Se pueden leer los desplazamientos de los nudos si se da clic al botón derecho sobre ellos; si se desea ver la animación se da clic en Start animation en la parte inferior derecha de la pantalla. Puede avanzar de un modo a otro con el icono >>. Si se desea ver los desplazamientos por sismo, viento o cargas verticales, se deberá escoger el caso de carga respectivo.
41
Figura 6-7 7
Editar
Una vez constatado que todas las cargas, secciones, materiales y demás están correctas para el entrepiso típico, se procede a replicarlo: •
Desbloquear el archivo cliqueando el icono candado.
7.1 Insertar pisos •
Edit: Edit story data: Insert story. Story ID: P3 (identidad del piso). Story height: 3 (altura de piso). Number of stories: 7 (número de pisos). New story location. § Insert above level: STORY1 (insertar encima del piso). § From existing story: STORY1 (tomar los datos de barras, etc. del piso). § OK. o o o o
42
Figura 7-1 7.2 Cambiar nombres de pisos Cambie los nombres de los pisos: •
Edit: Edit story data: Edit story. Label: STORY1 à P2. Cambie los otros en secuencia: P3, P4, etc. hasta CUB. Master story: P2. Similar to: P2 para el resto de pisos. o o o o
Las dos últimas opciones sirven para hacer cambios en cualquier piso y que se reflejen automáticamente en los otros similares. 7.3 Visualizar en OpenGL. Vale la pena visualizar el modelo en gráficos avanzados y recorrerlo para ver si todo está correcto: Se le da primero volumetría: •
View: Set building view options: Special effects: Extrusion.
Y luego gráficos OpenGL: •
View: Create OpenGL. 43
Se puede rotar el modelo, acercar, recorrer (walk), guardar vistas para presentaciones, etc.
Figura 7-2 7.4 Cambiar rango de cargas horizontales 7.4.1 Sísmica Ahora se editarán los casos de carga sísmica para que abarquen toda la altura del edificio: •
Define: Static load cases (definir casos de cargas estáticas). Load: EXDER1. Modify lateral load. Story range: Top story: P9. OK. o o
• •
Haga lo mismo para EXDER2, EYDER11 y EYDER2. 7.4.2 Fuente de masa para generación de fuerzas sísmicas Define: Mass source. From loads. Load: PP. Multiplier: 1. Add. •
o o o o
44
o o o o o o o
Load: CM. Multiplier: 0.7. Add. Load: CV. Multiplier: 0.2. Add. OK.
7.4.3 Viento Define: Static load cases (definir casos de cargas estáticas). Load: WX. Modify lateral load: Exposure height: Top story: P9. OK. •
o o
• •
8
Refinar análisis
Ya se tiene el modelo matemático de la estructura completo. Ahora se procederá a “refinar” la estructura: 8.1 Efectos P-Delta Se activarán los efectos P-Delta el momento de analizar: •
Analyze: Set analysis options: Include P-Delta. Set P-delta parameters. Method: Iterative-Based on load combination. Iterations controls. Maximum iterations: 5. P-delta load combination: Load case. PP. Scale factor: 1: Add. CM. Scale factor: 0.7: Add. CV. Scale factor: 0.2: Add. OK. OK. o o o o o o o o o o o o
•
8.2 Cumplir deriva Corra la estructura nuevamente pero cambie los modos de vibración a 10: •
Analyze: Set analysis options. Set dynamic parameters. o
45
Number of modes: 10. Ritz Vectors: Ritz loads vectors: ACCEL X; ACCEL Y.* OK. Analyze: Run analysis (F5). • • •
•
* Tambien puede escoger Eigenvectors pero los vectores Ritz dan resultados casi idénticos y consumen menos tiempo. Se halla el período real de la estructura correspondiente al modo 1: •
Display: Show mode shape: 1: 1.6304.
Figura 8-1 El período aproximado calculado por la NSR-10 fue de 0.82 s; el período de vibración del primer modo es de 1.64 s pero no debe pasar de (1.75-1.2*Av*Fv)*Ta=1.12 sin sobrepasar 1.2Ta=0.98 (A.4.2.1), de manera que se dejan los valores de Sa=0.274 y k=1.47. Deriva en X: •
Display: Show story response plot. Case: MONTX. Maximum story drifts (en %): 0.01214 (máxima en piso 3). Done. o o o
Deriva en Y: •
Display: Show story response plot. 46
o o o
Case: MONTY. Maximum story drifts (en %): 0.00765 (máxima en piso 4). Done.
La deriva en X es mayor que el 1% (0.01) estipulado por la NSR-10, de manera que le añadiremos muros cortantes en el foso del ascensor para rigidizar la estructura y controlar la deriva. La deriva en Y es menor que el 1% que estipula la NSR-10. Luego de añadir los muros del ascensor obtenemos un primer modo de vibración de 1.1224 s, una deriva en X de 0.00888 y una deriva en Y de 0.0079 las cuales son satisfactorias. 8.3 Cortante basal 8.3.1 Asignar grupo Es conveniente asignar grupos a determinados objetos con el fin de poder cambiar atributos sin necesidad de estar seleccionando de uno en uno. Para el cortante basal se seleccionarán todas las columnas y muros que llegan a la base incluidos los nudos de arranque: •
•
Con el icono de Rotate 3D View rote la estructura de manera que visualice los elementos descritos arriba. Assign: Group names. Group: CBASAL. Add new group. OK. o o o
Ahora se define un corte de sección para poder obtener datos de cortante dinámico: •
Define: Secction cuts. Add section cut. § Section cut name: CBASAL. § Group: CBASAL. § OK. OK. o
o
8.3.2 Ángulos principales de la estructura La NSR-10 no es explícita con respecto a estos ángulos. Una buena aproximación es la propuesta por el profesor Edward L. Wilson, padre de los programas estructurales SAP2000 y ETABS1 quien propone que se halle a través de la tangente de los cortantes 1
Wilson Edward L., 2000, Three Dimensional Dynamic Analysis of Structures, p.17-10
47
basales del primer modo de vibración y que el factor de escala sea el mismo para ambas direcciones; otra buena aproximación es la del profesor Luis E. García Reyes2, quien propone como ángulo Θ=45°-0.5*atan(2*Vx*Vy/(Vx2-Vy2), aclarando además, que desde el punto de vista de las columnas, no importaría el ángulo principal por cuanto estas se diseñan bi-axialmente; aquí utilizaremos el primer criterio: •
File: Print tables: Analysis output: Print output tables. Type of analysis results: Building modal info. Section cuts. § Select: CBASAL: OK. § Print to file: File name: Browse. Manual-mod.txt. Guardar. § OK. o o
• •
R E SP ON SE S PE CT RU M B AS E R EA CT IO N S (IN RESPONSE SPECTRUM LOCAL COORDINATES) SPEC MONTX MONTX MONTX MONTX MONTX MONTX
MODE Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4 Mode 5 Mode 6
DIR U1 U1 U1 U1 U1 U1
F1
F2
705.04 -23.08 2.18 -36.88 16.64 61.04 125.76 32.24 46.88 -65.86 18.39 37.54
F3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
M1 411.500 640.814 -1076.211 -54.604 104.823 -91.720
M2
M3
12471.419 -6260.111 41.247 -480.067 312.948 623.072 371.976 -660.466 151.021 -1222.476 67.697 314.865
Tabla 1 También se puede obtener un listado en forma de tabla: •
Display. Show tables. § Reactions. § Modal information. § Response Spectrum base reactions. § OK. o
2
García Reyes Luis E., Análisis Dinámico aplicado al Diseño Sísmico, Uniandes, 1998 48
Figura 8-2 Dirección principal mayor: Dirección principal menor:
° Θ=Atan(-23.08/703.45)=1.87 . °
90-1.87=88.13 .
Se corrigen los ángulos directrices de los espectros MONTX y MONTY, aunque en este caso no valdría la pena por ser casi iguales a 0 y 90°: 90°: • •
Define: Response spectrum cases: MONTX. Modify/Show spectrum. Excitation angle: 1.87. OK. o o
• •
Define: Response spectrum cases: MONTY. Modify/Show spectrum. Excitation angle: 1.87. OK. o o
8.3.3 Factor de escala La NSR-10 establece que el cortante dinámico se escale en la relación corte basal estático/corte basal dinámico y que para estructuras regulares en alzada y planta se utilice el 80% del corte basal estático como referencia: Cortante basal: •
Display: Show tables: Summary report: Section Cut Forces: Ok.
•
Cortante basal estático: 1162.62 Tf*0.8=930.10 Tf. 49
• • • •
Cortante basal dinámico en X: 730.25 Tf (MONTX). Factor de escala en X: 930.10/730.25=1.27. Cortante basal dinámico en Y: 743,10 Tf (MONTY). Factor de escala en Y: 930.10/743.10=1.25.
Figura 8-3 8.4 Deriva y desplazamientos Se chequea la deriva: •
Display: Show story response plot. Case: MONTX. Maximum story drifts (en %): 0.0090 (máxima en piso 5). Done. o o o
Los desplazamientos por fuerzas estáticas y dinámicas: Display: Show story response plot: Maximum story displacements. Case: MONTX: 0.17 m. Case: SISMOX1: 0.17 m. Case: SISMOX2: 0.17 m. Case: MONTX: 0.15 m. Case: SISMOY1: 0.12 m. Case: SISMOY2: 0.12 m. Done. • •
o o o o o o o
50
Deriva:
Desplazamiento estático:
Figura 8-4
Figura 8-5 9
Diseño
9.1 Diseño de elementos de concreto Una vez satisfechos los requisitos de la deriva, se puede proceder al diseño de las vigas y columnas.
51
9.1.1 Código de diseño Como quiera que ETABS no contempla la NSR-10, el diseño se hará siguiendo la normativa del ACI-318-05/IBC-2003 (American Concrete Institute año 2005/International Building Code año 2003) porque el título C de la NSR-10 está fundamentado en el ACI. •
Options: Preferences: Concrete frame design. Design code: ACI-318-05/IBC-2003. OK. o o
9.1.2 Parámetros de diseño Seleccione solamente las vigas y columnas: • •
Select: By frame sections: (Vigas y columnas): Ok. Design: Concrete frame design: Select design combo. Design combos: Todos menos COMB0. OK. o o
Figura 9-1 •
Design: Concrete frame design: Start design/check of structure.
9.1.3 Áreas de acero Coloque la vista en planta 4: 52
•
View: Set plan view. Select: P4. OK. o o
Seleccione unidades en Ton-cm en la esquina inferior derecha. •
Options: Preferences: Output decimals. Rebar areas: 1. OK. o o
Figura 9-2 Para las vigas el programa muestra el acero en los extremos y el centro de la luz, tanto superior como inferior. Para las columnas, solo muestra el acero en el medio el cual es el mismo a todo lo largo del tramo. Las barras con color rojo no cumplen con alguno de los requisitos de diseño; el programa despliega códigos de errores con la descripción del mismo. Haga clic derecho sobre la viga en la grilla 3 entre B y C; nótese que hay un recuento detallado de la barra con las solicitaciones y parámetros de diseño:
53
Figura 9-3 En este caso no cumple por cortante y torsión y además está definida como estructura DES; se deberá cambiar a DMO así (C.1.1.5): • • •
Regrese a la pantalla de la figura 9-2. Select: By frame sections: (Selecciona vigas y columnas): Ok. Design: Concrete frame design: View/revise overwrites. Element type: Sway intermediate. OK. Select: Get previous selection: Invert (Selecciona viguetas): Ok. Design: Concrete frame design: View/revise overwrites. Element type: NonSway. OK. Design: Concrete frame design: Start design/check of structure. o o
• •
o o
•
Algunas barras pasaron a color negro pero todavía existen unas que no cumplen así que hay que aumentar las secciones: • • • • •
•
Icono candado: aceptar. Define: Frame sections. Defina V10x50 como V12x50. Corra y diseñe nuevamente. Como quiera que las vigas de los ejes C y D entre 2 y 3 están deficientes, cambie esas vigas a 40x50. Corra y diseñe nuevamente. 54
•
Nuevamente no cumplen por corte y torsión; cambie las vigas de los ejes C y D entre 2 y 3 de V40x50 a V45x50 y compruebe que cumpla.
También es posible ver el acero como cuantía: • •
Seleccione elevación 2. Design: Concrete frame design: Display design info. Design output: Rebar percentage. OK. o o
Figura 9-4 9.1.4 Diseño interactivo Como la vigas del eje C y D entre 2 y 3 aún está deficiente en el piso 5, defina una nueva sección V50x50; corra y diseñe nuevamente seleccionando solamente las vigas deficientes. Ubíquese en el entrepiso 5 y seleccione la viga del eje C, haga clic derecho para diseñar interactivamente: •
Design: Concrete frame design: View/revise overwrites. Element section: V50x50. OK. o o
9.1.5 Muros cortantes Para los muros cortantes se definirán secciones (a través de un editor de secciones interno), se le asignarán secciones a los mismos y se procederá a diseñarlos. •
Seleccione una vista en elevación en A. 55
• •
Seleccione todos los muros de la vista. Design: Shear wall design: Define pier sections for checking. Add pier section. § Section name: PIER1. § Base material: CONC. § Add pier: Start from existing wall pier: PW1. § Define/Edit/show section: Section designer. § Haga clic derecho en cualquier barra lateral. Bar size: #5. Bar spacing: 0.20. Apply to all edges. OK. § Haga clic derecho en cualquier barra de esquina. Bar size: #5. Apply to all corners. OK. Cierre ventana. o
• • • •
• • •
•
Figura 9-5
56
Figura 9-6 • • •
Defina PIER2 basado en PW1 pero con barras #4. Seleccione los dos primeros pisos de PW1 y PW2. Design: Shear wall design: Assign pier sections for cheking: General reinforcement pier section. Section at bottom: PIER1. Section at top: PIER1. Reinforcement to be checked. Seleccione los últimos pisos de PW1 y PW2. Design: Shear wall design: Assign pier sections for cheking: General reinforcement pier section. Section at bottom: PIER2. Section at top: PIER2. Reinforcement to be checked. Corra la estructura y diseñe los muros. Design: Shear wall design: Display design info. Design output: General uniform pier D/C ratio. o o o
• •
o o o
• •
o
57
Figura 9-7 El primer tramo de muro no cumple; si se quiere conocer en detalle el diseño, se deberá hacer clic derecho sobre el muro:
Figura 9-8 Redefina PIER1 con varillas #6, diseñe nuevamente los muros y constate que cumplan. Deberá cumplir con varillas #7. 58
10 Secuencia de construcción A veces las estructuras tienen solicitaciones mayores durante la etapa constructiva porque durante ésta, evidentemente la geometría es diferente que terminada. Esto es particularmente cierto en el caso de vigas de transición, o sea aquellas que soportan columnas. En el caso estudiado aquí, la secuencia constructiva no tiene relevancia porque es regular, por lo que se procederá a eliminar la columna C3 desde la cimentación hasta el piso 2 de manera que se tenga un caso extraordinario. Se considerará el peso propio y un 50% de la carga muerta sobre-impuesta. Guarde el archivo como manual-sc de manera que no se pierda el proyecto original: • •
File: Save as: manual-sc. Define: Add sequential construction case: Construction sequence case. Load pattern: PP. Scale factor: 1. Load pattern: CM. Scale factor: 0.5. Active structure: User specified active structure. OK. Analyse (F5) y luego: Run construction sequence analysis. o o o o o o
•
o
Figura 10-1
59
Ahora seleccione dos ventanas: en la izquierda se visualizará la estructura completa y en la derecha la estructura en secuencia de construcción; se mostrará primero la geometría deformada para peso propio y luego los diagramas de momento principal: •
Options: Windows: Two tiled vertically.
Seleccione la elevación 3 en ambas ventanas y muestre la deformada: Ventana izquierda: • •
Display: Show deformed shape: PP. Scaling: Scale factor: 100.
Ventana derecha: • • •
Display: Show deformed shape: PP-SQ. Step: 1. Scaling: Scale factor: 100.
•
Figura 10-2 Para la primera placa las deflexiones del punto donde nace la columna C3 son casi iguales, pero a medida que se van construyendo las superiores, la diferencia es notoria: Para la tercera placa la deflexión es de 1.91cm vs. 0.81cm.
60
Figura 10-3 Para la sexta placa la deflexión es de 2.99cm vs. 0.81cm.
Figura 10-4
Para todas las placas la deflexión es de 3.53cm vs. 0.81cm.
61
Figura 10-5 Si se grafican los momentos principales se tiene 8.12Tf.m vs. 12.68Tf.m en el punto donde nace la columna C3, lo cual es alrededor de un 50% mayor y probablemente va a causar problemas estructurales.
Figura 10-6
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11 Impresión de resultados El menú de impresión de ETABS es bastante extenso y se pueden filtrar los datos que se requieran; la NSR-10 estipula además que cuando se utilice un equipo automatizado de cómputo se impriman los datos de entrada y salida. 11.1 Datos de entrada •
File: Print tables. Input (escoja los que quiera). Print to file. OK. o o o
Figura 11-1 11.1.1 Lista de materiales Esta opción es muy útil para armar presupuestos ya que la da total, por piso o por secciones de elementos: •
File: Print tables. Input: Building data: Material list. Print to file. OK. o o o
63
Figura 11-2 11.1.2 Fuerzas sísmicas y de viento auto-generadas; espectros de diseño . •
File: Print tables. Input: Load definitions: Check/uncheck all. Print to file. OK. o o o
Figura 11-3 64
11.2 Datos de salida 11.2.1 Análisis •
File: Print tables. Analysis output: (escoja los que quiera). Print to file. OK. o o o
Figura 11-4 11.2.2 Diseño •
File: Print tables. Concrete frame design. § Preferences (clic). § Input summary (clic). File type: RTF (clic). OK. o
o o
65
Figura 11-5 11.2.3 Resumen Permite visualizar el espectro de diseño aplicado, modos de vibración, participación de masa modal, reacciones, fuerzas horizontales equivalentes, fuerzas de viento, derivas, etc. de una manera rápida. •
File: Print tables. Summary report. Print to file. OK. o o o
Si quiere adicionar al archivo de salida de manera que empalme varios reportes, escoja Append.
66
Figura 11-6 Derivas expresadas como fracción:
Figura 11-7
12 Generación y exportación de videos, dibujos y archivos 67
Estas opciones son excelentes para poder visualizar y documentar el comportamiento de la estructura en un informe y procesar los datos con otro software. 12.1 Videos Escoja en la pantalla el tercer modo de vibración: •
Display: Show mode shape. Mode number: 3. o
A continuación genere el video: •
File: Create video. Cyclic animation. § AVI filename (si quiere cambiar el nombre por defecto). § Required duration: 10. § OK. o
Puede ver el video con cualquier programa ejecutor de archivos AVI. 12.2 Dibujos ETABS genera vistas isométricas, plantas y elevaciones en formato DXF (data exchange format). Isométrica: •
File: Export. Save as .DXF file. § Output as DXF/DWG file name (cambie el nombre si quiere). § Drawing type: Full 3D model view. § Generate DXF/DWG. o
§
Plantas: •
File: Export. Save as .DXF file. § Output as DXF/DWG file name (cambie el nombre si quiere). § Drawing type: Floor layout plan (seleccione lo que desea). Drawing options (escoja parámetros de papel, escala, y objetos a exportar). o
•
68
Figura 12-1
Figura 12-2
12.3 Archivos Se puede exportar a los siguientes formatos: 69
• • • • • • • • • • •
ETABS .e2k. SAP2000 .s2k. SAFE v8 .f2k. SAFE v12 .f2k. ProSteel .mdb. Access .mdb. IFC (Industry foundation clases) .ifc. IGS (Initial Graphics Exchange Specification) .igs. CIS/2 (CIMsteel Integration Standards) .stp. SDN (Steel detailing neutral file) .sdn. Revit Structure .exr.
Para exporter a SAP2000: •
File: Export. Save as SAP2000 as .s2k text file. Guardar. o o
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