Diseño de Estructuras UCSC
BASES DE CALCULO
GRUPO: 26 INTEGRANTES: Oscar Burgos Sebastián Guerra FECHA: 08.04.2014 PROFESOR: Carlos Ramirez
1 ALCANCE Las siguientes especificaciones de cálculo estructural, serán aplicadas sobre una estructura industrial con perfiles de acero ASTM A-36. El edificio es de dos niveles y está compuesto por 6 marcos (ver descripción), además, en el centro del eje longitudinal de la estructura se construirá un monorriel para efectuar los trabajos de carga de objetos que sean necesarios en la industria. Podemos destacar, que el edificio se encuentra situado frente al mar y es abierto completamente (no posee muros). 2 DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA Para describir a la estructura se insertaran figuras descriptivas del proyecto, tanto vista frontal, lateral y en planta. En la figura se indica la dimensión y ubicación de vigas y columnas de la estructura. Los elementos de color rojo, azul y verde indicaran monorriel, columnas y vigas respectivamente.
VISTA FRONTAL
VISTA LATERAL
VISTA EN PLANTA
3 NORMAS QUE APLICAN EN PROYECTO Las normas que se utilizaran para el diseño de este proyecto, serán las siguientes:
NCh 427 Of. 1977 NCh 432 Of. 1971 NCh 433 Of. 1996 NCh 1537 Of. 2009 de Uso NCh 2369 Of.2003 NCh 3171 Of.2010 AISC (2010)
Especificación para el Cálculo de Edificios en Acero Calculo de la Acción del Viento sobre las Construcciones Diseño Sísmico de Edificios Diseño Estructural de Edificios, Cargas Permanentes y Sobrecargas Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones Industriales Combinaciones de Carga Specification for Structural Steel Buildings
4 MATERIALES 4.1 Acero estructural Los principales elementos de la estructura serán diseñados con perfiles de acero de las siguientes características: -
Acero ASTM A36. Tensión de fluencia 250 MPa. Tensión de ruptura 400 a 550 MPa.
4.2 Soldadura Teniendo en consideración el tipo de acero a utilizar en la estructura, para el cálculo de soldaduras, se considera lo siguiente: -
Electrodo E70. Tensión de ruptura de 70000 psi.
4.3 Pernos estructurales y tipos de conexiones Se utilizarán pernos de alta resistencia A325 tipo 3, por motivos de tener mejor resistencia a la corrosión y a la intemperie. 4.4 Pernos de anclaje Los pernos de anclaje que se considerarán en el diseño de la estructura son de las siguientes características: -
Acero A36. Tensión de fluencia 250 MPa. Tensión de ruptura 400 MPa.
4.5 Parrillas de piso La parrilla de piso que se utilizará en el proyecto es del tipo RS6. Peso parrilla industrial: 49 Kg/m2.
5 METODO DE ANALISIS Como la estructura es de uso industrial, y además en la que se manejaran grandes cargas, tanto cargas de izaje como sobrecargas, lo ideal sería que los elementos estructurales se mantuvieran en el rango elástico y por esto las solicitaciones no afectarían a la estructura. Por lo tanto, el método que se utilizara para el diseño de este sistema estructural en acero será según las disposiciones del método Diseño en Base a Resistencias Admisibles (ASD).
6 CARGAS DE DISEÑO 6.1 Peso propio o carga muerta (D) Según la información entregada del proyecto, identificamos las siguientes cargas como peso propio de la estructura:
OBJETO
PESO
carro parrilla piso ARS 6 monorriel
150 kg 49 kg/m2 1500 kg
Nota: El peso de los perfiles de acero ASTM A36, se obtendrán del software RAM advance una vez que se tenga claro el tipo de perfil a diseñar. 6.2 Sobrecarga o carga viva (L y Lr) En este ítem se indicarán las sobrecargas de piso que se utilizarán en el proyecto, según especificaciones: -
Sobrecarga edificio nivel 1 >> 590 kg/m2 Sobrecarga edificio nivel 2 >> 590 kg/m2
Además, de la norma NCh 1537 extraemos lo siguiente: -
-
Sobrecarga de uso (Fábrica) uniformemente distribuida para pisos qk Áreas con maquinaria liviana 4 KPa. Áreas con maquinaria pesada 6 KPa. Sobrecargas de uso concentradas Qk
Se efectuará un cálculo para una carga concentrada sobre el elemento en la posición más desfavorable, se considera que está aplicada sobre una superficie cuadrada de 0.1 m de lado y que tiene un valor igual al de la sobrecarga de uso uniformemente repartida por m2. 6.3 Cargas de viento (W) Se obtienen según NCh 432 con la condición de que se tendrá en cuenta que el proyecto está situado frente al mar. -
Presiones básicas del viento (q) Nivel 1 (3.5 m) >> 70 kg/m2 Nivel 2 (7 m) >> 95 kg/m2
-
Coeficientes de forma
De la norma NCh 432, para estructuras abiertas se extraen distintas condiciones de viento (ver figura) en la cual se ilustran los factores de forma, se tendrá en consideración la condición de viento más desfavorable.
6.4 Sismo (E) Para el diseño sísmico del proyecto se usara la norma chilena NCh 2369, ya que se trata de una estructura de uso industrial. Esta norma se aplicara en conjunto con la norma chilena NCh 433. A continuación se describirán puntos importantes para el diseño sísmico del proyecto, según la norma NCh 2369.
Clasificación de estructura y equipos
Según la norma NCh 2369, la estructura del proyecto se clasificaría como Categoría C2 ya que se trata de una obra de tipo normal.
Coeficiente de importancia
A la categoría en la que fue clasificada la estructura le corresponde un coeficiente de importancia I, este valor es el siguiente
Tipo de análisis
Es posible aplicar el método de Análisis elástico estático para el diseño sísmico de la estructura, ya que el proyecto cumple con todas las recomendaciones neozelandesas y de la norma NCh 2369 que limitan su aplicación.
Zona sísmica
Según la norma chilena NCh 433, el proyecto se encuentra en una zona sísmica de tipo II.
Amortiguamiento
La razón de amortiguamiento para este tipo de estructura (Marco de acero con uniones de terreno apernadas, sin arriostramiento), según la tabla 5.5 de la norma NCh 2369, corresponde al siguiente valor
Factor de modificación de la respuesta (R)
De la tabla 5.6 de la norma NCh 2369 y según el sistema resistente del proyecto (Edificio y estructuras de marcos dúctiles de acero con elementos no estructurales no dilatados e incorporados en el modelo estructural), el valor de factor de modificación de la respuesta (R) sería el siguiente.
Coeficiente sísmico horizontal mínimo
De punto 5.3.3.2 de la norma NCh 2369, el valor mínimo del coeficiente sísmico horizontal corresponde a
Primero es necesario obtener el valor de la aceleración efectiva máxima, que se puede extraer de Tabla 5.2 según zona sísmica
Entonces reemplazando
Coeficiente sísmico horizontal máximo
Según tabla 5.7 indicada en el punto 5.3.3.1 de la norma NCh 2369, el valor máximo del coeficiente sísmico horizontal según factor de modificación de respuesta, razón de amortiguamiento y zona sísmica 2, este sería el siguiente
Coeficiente sísmico vertical
Como el caso que corresponde a este proyecto está contemplado en la norma NCh 2369, entonces el coeficiente sísmico vertical, según puntos 5.1.1 c) y 5.5.1 b) debe ser Reemplazando valor de
, entonces
Además, para estos 3 últimos puntos el coeficiente sísmico se puede determinar de la siguiente ecuación
( ) Con
=
Aceleración efectiva máxima definida en Tabla 5.2 de norma NCh 2369 según la zonificación sísmica;
= Parámetros relativos al tipo de suelo de fundación, que se determinan de Tablas 5.3 y 5.4 de la norma NCh 2369; = Periodo fundamental de vibración en la dirección de análisis; = Factor de modificación de la respuesta; = Razón de amortiguamiento. 6.5 Carga de izaje (Pi) Según las especificaciones del proyecto: Carga de izaje Pi = 1500 kg. 6.6 Cargas de impacto (IV, IL) Para el caso de impacto vertical (IV) el porcentaje a utilizar es el 20% del peso de la grúa mas su capacidad de levante. En cuanto al impacto longitudinal (IL) para el monorriel, el porcentaje de la carga a utilizar es el 10% de la carga máxima de soporte. 7 DEFORMACIONES Las deformaciones admisibles tanto para elementos horizontales como verticales se muestran en las tablas 45 y 46 de la norma chilena NCh 427.
Vigas
Columnas
8 COMBINACIONES DE CARGA 8.1 Combinaciones de diseño para estructura de acero Se incluirán en las bases de cálculo una serie de combinaciones de carga ya sea considerando edificios industriales, normas, etc.
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
NCh 3171 (Método ASD)
Estructuras industriales (con un puente grúa) Estructuras Industriales (NCh 2369)1
1) 2) 3)
1)
Nota Se diseñará para la combinación de carga más desfavorable en la estructura. 8.2 Combinaciones de servicio para verificación de deformaciones Para limitar los daños superficiales, tanto efectos de corto plazo, deformaciones visualmente objetables, agrietamientos reparables u otros daños a terminaciones interiores, y efectos de largo, la norma AISC 2010 en el capítulo L sugiere las siguientes combinaciones de carga 1)
2)
Nota Para el efecto de la carga muerta (D), se considerara como parte de la carga lo que se presenta luego de colocados los componentes no estructurales. Nomenclatura
