La estructura de cubierta mostrada, puede considerarse como simplemente apoyada en sus extremos
h=
4.7 m
ө
a B=
25.7 25.75 5m
Calamina Trapezoidal
50 mm
100 mm
Plancha:
3 mm
a) El tirante inferior de la armadura que estará constituida por dos perfiles angulares de lados iguales con una placa de unión entre ellas de 6mm de espesor. b) El tirante superior de la armadura que estará constituidos por dos perfiles angulares de lados iguales de con una placa de unión entre ellas de 6 mm de espesor.
Las cargas a considerar en la estructura son: 1) Peso de los largueros (KN/m) 2) Peso del material de cubierta (camina trapezoidal) 3) Peso paneles solares 4) Carga viva del techo Lr. 5) Carga de granizo 6) Carga de viento, a determinar con las normas de la ASCE, para lo cual se debe considerar una velocidad básica del viento según normativa. Considerando que la estructura será construida en una zona sub-urbana de la ciudad de Sucre y asumiendo las condiciones convenientes para determinar las fuerzas que el viento ejerce sobre la estructura.
Se utilizará acero ST 37 - 24 con: Fy= Fu= E=
235 Mpa 363 Mpa 203 Gpa 0.3 4.5 m
μ=
Espaciamiento entre cerchas=
ө=
20.1 (ángulo (ángulo de de techo) techo) Cubierta de calamina
ac ac efectivo efectivo
Calamina Trapezoidal N 28
ancho (ac) (m ) 0.9
ancho efectivo (ac efec) (m) 0.84
Largo (Lc) (m) -
Peso lineal (Kg/m) 2.45
Cálculo de la longitud inclinada:
= =
ℎ ∅
13.7 13.71 1m
L= 13.71
1m
h= ө
25.7 25.75 5m a
4.7 m
Nc = 1.19 1.19 dc=
1.00 m
S=
Peso de los largueros: Peso Calamina Trapezoidal: Peso Paneles Solares + estructura: Carga Viva de Techo Lr: Carga de Granizo: Carga Viento:
0.16 kN k N/ m 0.03 kN k N/m2 0.20 kN/m3 kN/m2 2.50 kN kN/m2
?
4.5
(Correas 2C150x50x15x4)
(Altura granizo 25cm)
? ?
Panel Solar Estructura metálica
P1 = P2 =
0.15 0.05
KN/m2 KN/m2
= 0, 0,45 ∗ ∗ Cálculo del factor de reducción por área tributaria R1: f= flecha (m) = L= Luz del tramo (m) =
4.7 25.75 Pendiente
= 200 200 ∗
para para para
= 1,0 = 1,1 1,125 25 − 0,00 0,0062 625 5∗ = 0,75
36.5
p=
>
0
< 20 20 ≤ ≤ 60 > 60
A= Área tributaria del elemento estructural considerado (m2) = Entonces
115.875 0.75 =
Cálculo del factor de reducción por pendiente R2:
= 1,70 = 1,04 ,04 − 0,00 ,008 ∗ = 0,60
para para para
0 < < 5% 5% ≤ ≤ 55% > 55%
Entonces
= =
Proyección Horizontal Proyección Vertical
Lr = Lr =
0.25 0.24
KN/m2 KN/m2
m
36.50% 0.75
Se aplica el Código Modelo de Construcción para Cargas de Viento de manera completa en este Proyecto:
Requisitos para el uso del método analítico - El edificio o estructura es de forma regular - El edificio o estructura no tiene características de respuesta que den lugar a cargas transversales de viento generación de vórtices, inestabilidad inestabilidad debida a golpeteo o aleteo y que por su ubicación, tampoco tampoco deben merecer consideración especial los efectos de canalización o sacudimiento por la estela producida por las obstrucciones a barlovento.
Hallar Velocidad básica del Viento y factor de dirección H allar factor de importancia Determinar para cada dirección las categorías y coeficientes de exposición E ncontrar factor topográfico Hallar el factor de ráfaga o , según aplique Clasificar el cerramiento. Determinar el coeficiente de presión interna Determinar el coeficiente de presión externa Hallar la presión por velocidad o Determinar la carga de viento de diseño o
o
La edificación es una edificación de diafragma simple, donde las cargas de viento se transmiten a través de diafragmas de piso y techo hacia el sistema principal resistente a fuerza de viento vertical. E s una edificación baja: Altura de techo h media menor o igual a 18m. La altura de techo h media no excede la dimensión horizontal más pequeña
5.82 m
hm 3m
7 2.5
45.2 45.28 8m 25. 25.75 m
Altura de alero (m) A ltura hasta el punto más alto (m) Altura media del techo (m)
1.
hm <= 60ft ó 18m ?
h=
Ok
9.9 m
45.2 45.28 8 25.8 7.0 12.8 9.9
m m m m m
2. hm <= Menor de L o B
33 ft
Ok
- Edificación cerrada o parcialmente cerrada con menos del 20% de aberturas en los muros - Edificación de forma regular que no tiene irregularidades geométricas inusuales en la forma espacial. - Estructura no esbelta, con frecuencia mayor o igual a 1 Hz - Estructura sin características de respuestas que hagan que esté sujeta a carga de viento transversal, efusión de vórtices, inestabilidad debido a galopamiento y aleteo. No tiene una ubicación de sitio para el cual los efectos de canalización o azotamiento en la estela de obstrucciones de barlovento merezcan consideración especial. - La estructura no tiene juntas de expansión o separaciones. - La estructura está en una colina con una altura menor a 9m. - La edificación tiene cortes transversales simétricos en cada dirección, con techo a dos aguas con Φ˂27
La velocidad básica del viento y el factor de direccionalidad del viento Kd serán determinadas de conformidad con la sección 4.2.6. del Código Modelo de Construcción para Cargas de Viento 110 Km/h. Velocidad básica del viento (Basado en los datos recibidos de SENAMIH) (Tabla 6-4) 0.85 (Edificaciones, sistema principal resistente a fuerza del Viento) *El factor Kd se aplicará únicamente cuando sea utilizado en conjunto con las combinaciones de carga. Un factor de importancia será determinado de conformidad con la sección 4.2.11
Categoría
Regiones no Regiones propensas a Huracán Propensas a y Regiones Propensas Huracán con V a Huracán con V=85100 mph 100 mph y Alaska
I II I II IV
0.87 1 1.15 1.15
0.77 1.00 1.15 1.15 (Tabla 7-1)
Se trata de una estructura categoría III: con maquinas conectadas a redes complejas de gas y electricidad.
I=
1.15
, con personal trabajando continuamente
U na categoría de exposición o las categorías de exposición y el coeficiente de presión de la velocidad del viento Kz o Kh, según sea aplicable, serán determinados para cada dirección del viento según sección 4.2.12 Terreno abierto, llanuras y sabanas con obstrucciones dispersas quetienen alturas promedio menores a 10 m. z= altura por encima del nivel del terreno= Caso 1. Tabla 6-3
12.8 m
=
K h=
1.06
42 ft ft
Para 15pies ≤ z ≤ zg Kz= 2,01(z/zg) 2/α Como z˂30pies Se asume:
z=zmin= α= zg= Kz =
42.06 pies 9.8 1200 pies 1.01
(Tabla 6-2) (Tabla 6-2)
U n factor topográfico Kzt será determinado de conformidad con la sección 4.2.19
La estructura puede estar ubicada sobre una colina o escarpe según las siguientes condiciones: - La colina, cresta o talud esta aislado y liberado de obstrucción en barlovento por otras características topográficas similares de altura comparable para 100 veces la altura de la característica topográfica (100H) o 3.22 Km (2 millas) lo que sea menor. Esta distancia será medida horizontalmente desde el punto en el que la altura H de la colina, cresta o talud sea determinada.
- La colina, cresta o talud sobresale por encima de la altura de las características del terreno en barlovento dentro un radio de 3.22 Km (2 millas) en cualquier cuadrante por un factor de dos o mas.
- La estructura esta ubicada en la mitad superior de una colina o crestado cerca de la cresta de un talud. - H/Lh >= 0.2 - H es mayor o igual que 4.5m (15pies) para las exposiciones C y D y 18m (60 pies) para la exposición B.
H/Lh<0.2 H < 9m H<18m Donde:
Categoría de exposición B Categoría de exposición C H= altura de la colina Ln= Anchura del barlovento de la colina a media altura
La colina es menor a 9m, entonces: K zt =
1.00
Un factor de efecto ráfaga G o Gt, según sea aplicable, será determinado de conformidad con la sección 4.2.20 Para estructuras rígidas: G=
0.85
U na clasificación de encerramiento será determinada de conformidad con la sección 4.2.21 Una edificación que tiene cada muro con al menos 80% de aberturas. Esta condición se expresa para cada muro mediante la ecuación: Una edificación que cumple con las dos siguientes condiciones: - El área total de aberturas en un muro que recibe presión positiva externa excede la suma de las áreas de aberturas en el balance de la envoltura de la edificación (muros y techos) por mas del 10%. - El área total de aberturas en un muro que recibe presión positiva externa excede 0.37 m2 (4 pies2) o 1% del área de dicho muro, el que sea menor, y el porcentaje de aberturas en el balance balance de la envoltura de la edificación no excede el 20%. (menor)
Son aquellos que no cumplen con las condiciones de edificios abiertos y parcialmente cerrados.
Ao= Área total de las aberturas en un muro que recibe presión externa positiva. Ag= El área bruta de un muro en el cual Ao ha sido identificado. Aoi= La suma de las áreas de aberturas en la envoltura de la edificación (muros y techo) sin incluir Ao. Agi= Área total sin incluir la cara en estudio.
Puerta Prod Term Dulces Puerta Prod Term Salado Salida para carga Entrada Pleniluvios Salida Emergencia 1 Salida Emergencia 2 Salida Emergencia 3
2 2 3 2 1.2 2 1.5
3 3 3 3 3 3 3
1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
Ao=
12.00 m2
Aoi=
29.10 m2
6.00 6.00 9.00 6.00 3.60 6.00 4.50
Área total de la cara de estudio: 25.75 25.75 -
7 Rectangular 5.82 Triangular -
Ag=
180.25 74.93 -
-
255.18 m2
Área total sin incluir la cara de estudio: 25.75 25.75 45.28 45.28
7 5.82 7 13.71
1 1 2 2
Ag=
2130.32
Rectangular Triangular Rectangular Rectangular
180.25 74.93 633.92 1241.22
Ao>= 0.8Ag
Ao>= 1.1 Aoi Ao> 0.37m2 (4pies2) Aoi/Agi <= 0.20 Edificio Parcialmente Cerrado El coeficiente de presión interna Gcpi será determinado de conformidad con la sección 4.2.23.1 Clasificación de encerramiento Edificaciones cerradas Edificaciones parcialmente cerradas Edificaciones abiertas
Gcpi 0.18 -0.18 0.55 -0.55 0.00 0.00 0.00 Figura Figura 6-5
Los coeficientes de de presión externa Cp o GCpf, o el coeficiente de fuerza Cf, según sea aplicable, serán determinados de conformidad con las secciones o 4.2.23.3, respectivamente. Sólo se usaran las tablas correspondientes a la sección 4.2.23.2 debido a que el análisis será para los Sistemas principales Resistentes a fuerza de viento y no así para componentes y revestimientos. Se usa la siguiente tabla para hm menores a 60 pies o 18 m y Edificaciones cerradas, parcialmente cerradas.
Figura 6-10
0.4 0.53 0.530
-0.69 -0.69 -0.690
-0.37 -0.48 -0.480
-0.29 -0.43 -0.431
0.61 0.80 0.801
-1.07 -1.07 -1.070
-0.53 -0.69 -0.691
-0.43 -0.64 -0.641
0.4
-0.69
-0.37
-0.29
0.61
-1.07
-0.53
-0.43
2.57 2.575 5m 3.96 3.964 4m 0.9 1.03
2.57 2.575 5m 5.15 m
-0.45 -0.45 -0.450
-0.45 -0.45 -0.450
-0.45
-0.45
Ok
L a presión de la velocidad del viento qz o qh, según sea aplicable, será determinada de conformidad con la sección 4.2.22
La presión de la velocidad del viento, qz, evaluada a la altura z será calculada mediante la siguiente ecuación: (N/m2 )
= = 0,6 0,613∗ ∗ ∗ ∗ ∗ V=
=
30.56
m/s
567.48
(N/m2 )
La carga de viento de Diseño P o F será determinada de conformidad con las secciones 4.2.24 y 4.2.25, según sea aplicable. Conveniodesignos: La presión positiva actúa hacia la superficie y la presión negativa actúa alejándose de la superficie. CondicióndeCargacrítica: Los valores de presiones externas e internas serán combinados algebraicamente para determinar la carga más crítica. Áreastributariasmayoresque65m2(700pies): Se permitirá el diseño de elementos, componentes y revestimiento con áreas tributarias mayores a 65m2, utilizando las previsiones para sistemas principales resistentes a fuerza de viento. SistemasPrincipalesResistentesaFuerzasdeViento,Edificacionesbajas: Las presiones de viento de diseño para el sistema principal resistente a fuerza de viento de edificaciones bajas serán determinadas por la siguiente ecuación:
= − GCpf= Coeficiente de presión externa de la figura 6-10 GCpi= Coeficiente de presión interna de la figura 6-5
(N/m2 )
0.55
y
-0.55
Cargas SPRFV viento de Dirección Transversal Surface GCpf q = Presión (N/m2) (+GCpi) (-GCpi) Zona 1 0.53 -11.08 613.15 Zona 2 -0.69 -0 -703.68 -79.45 Zona 3 -0.48 -584.73 39.50 Zona 4 -0.43 -556.42 67.81
Viento de dirección longitudinal *GCpf q = Presión (N/m2) (+GCpi) (-GCpi)
Zona 5
-0.45
-567.48
56.75
Zona 6
-0.45
-567.48
Zona 1E Zona 2E Zona 3E Zona 4E
0.80
0.40
-85.12
539.11
-0.69
-703.68
-79.45
-0.37
-522.08
102.15
-0.29
-476.68
147.55
-0.45
-567.48
56.75
56.75
-0.45
-567.48
56.75
142.26
766.49
0.61
34.05
658.28
-1.07
-919.32
-295.09
-1.07
-919.32
-295.09
-0.69
-704.01
-79.78
-0.53
-612.88
11.35
-0.64
-675.74
-51.51
-0.43
-556.13
68.10
La presión de diseño, , para sistemas primarios en edificaciones Cerradas o Parcialmente Cerradas no será menor que: ± N/m2
Para los largueros valores (+Gcpi): 2E= 2= 3= 3E=
-919 -704 -585 -704
Para los largueros valores (-Gcpi): N/m2 N/m2 N/m2 N/m2
2 E= 2= 3= 3 E=
-480 -480 480 -480
+ Gcpi 2a
-Gcpi 2a
A)
B)
-704
-585
-480
480
-919
-704
-480
-480
2a
2a
A)
B)
-919
-704
-480
-480
-704
-585
-480
480
2a
A)
N/m2 N/m2 N/m2 N/m2
B)
2a
-704
-919
-480
-480
-585
-704
480
-480
2a
A)
B)
2a
-585
-704
480
-480
-704
-919
-480
-480
Para los largueros valores (+Gcpi): 2E= 2= 3= 3E=
-919 -704 -522 -613
Para los largueros valores (-Gcpi): N/m2 N/m2 N/m2 N/m2
2 E= 2= 3= 3 E=
-480 -480 480 480
+ Gcpi
N/m2 N/m2 N/m2 N/m2 -Gcpi
B)
A)
-704
-522
-919
-613
2a
-480
480
-480
480
B)
A)
-522
-704
-613
-919
2a
480
-480
480
-480
B)
A) -919
-613
-704
-522
2a
-480
480
-480
480
B)
A) -613
-919
-522
-704
2a
480
-480
480
-480
Peso Calamina Trapezoidal: Peso Largueros= Separación largueros:
0.032 kN/m2 0.159 KN/m 1.00 m
q=
0.191
KN/m 0.43 0.430 0 KN 0.43 0.430 0 KN
4.5 m q=
0.175
KN/m 0.39 0.394 4 KN 0.39 0.394 4 KN
4.5 m
Peso Paneles Solares + estructura: Separación largueros:
q=
0.20 kN kN/m3 1.00 m
0.200
KN/m 0.45 0.450 0 KN 0.45 0.450 0 KN
4.5 m q=
0.100
KN/m 0.22 0.225 5 KN 0.22 0.225 5 KN
4.5 m
Proyección vertical: Separación largueros:
0.237 kN/m2 1.00 m
q=
0.237
KN/m 0.53 0.534 4 KN 0.53 0.534 4 KN
4.5 m q=
0.119
KN/m 0.26 0.267 7 KN 0.26 0.267 7 KN
4.5 m
Carga para una altura de 25 cm: Separación largueros:
q=
2.5 kN/m2 1.00 m
2.500
KN/m 5.62 5.625 5 KN 5.62 5.625 5 KN
4.5 m q=
1.250
KN/m 2.81 2.813 3 KN 2.81 2.813 3 KN
4.5 m
Separación largueros:
1m
5.15 + Gcpi Combinación 1 Lado derecho
-Gcpi Combinación 1 Lado derecho
+ Gcpi Combinación 1 Lado izquierdo
- Gcpi Combinación 1 Lado izquierdo
-0.704
40.13 m -0.585
-0.585
-0.585
-0.585
0.480
0.480
0.480
0.480
-0.704
-0.704
-0.480
-0.480
-0.480 5.15
40.13 m
5.15
40.13 m
-0.919
-0.704
5.15 -0.480
-0.704
40.13 m -0.480
-0.480
2a -0.352
-0.292
Largueros exteriores
-0.704
Largueros interiores
-0.919
Largueros interiores
-0.460
-0.352
Largueros exteriores
1.00 m Lado Derecho q=
Lado Izquierdo
-0.585
KN/m
4.5 m -0.451 -0.451
-0.292
2a -0.240
-1.487 -1.487
KN/m
4.5 m -0.618 -0.618
q=
KN/ m
-0.543 -0.543
-0.352
4.5 m -0.226 -0.226
0.240
-0.744 -0.744
Largueros exteriores
-0.480
Largueros interiores
-0.480
Largueros interiores
-0.240
-0.704
4.5 m
-1.236 -1.236
q=
q=
-0.240
Largueros exteriores
-0.271 -0.271
KN/ m
Lado Derecho q=
Lado Izquierdo
0.480
KN/m
q=
4.5 m 0.370 0.370
0.240
-1.015 -1.015
KN/m
q=
4.5 m 0.507 0.507
22.64
Lado derecho
-0.704
- Gcpi
22.64
Combinación 1 Ambos Lados
-0.507 -0.507
1m
+ Gcpi Combinación 1
22.64 -0.522
22.64 0.480
-0.480 4.50
+ Gcpi Combinación 1 Lado izquierdo
22.64 -0.613
-0.370 -0.370
-0.240
4.5 m 0.185 0.185
Separación largueros:
KN / m
4.5 m
1.015 1.015
q=
-0.480
22.64 -0.919
-0.352
-0.261 Largueros exteriores
-0.704
Largueros interiores
-0.185 -0.185
KN / m
-0.919
Largueros Largueros interi
-0.961
2a
-0.640 Largueros exteriores
1.00 m Lado Derecho q= -0.522
KN/m
4.5 m
KN/ m
4.5 m
-1.103 -1.103
-0.403 -0.403
q=
Lado Izquierdo q= -0.613
-0.261
-1.295 -1.295
KN/m
4.5 m
-0.473 -0.473
q=
-0.306
KN/ m
4.5 m
-0.552 -0.552
-0.201 -0.201
-0.648 -0.648
-0.240
-0.236 -0.236
0.240 Largueros exteriores Largueros interiores
-0.480
0.480 Largueros interi
-0.240
0.240 Largueros exteriores Lado Derecho q=
Lado Izquierdo
0.480
KN/m
4.5 m
4.5 m
q=
-0.480
KN / m
4.5 m
1.015 1.015
q=
2a
0.370 0.370
0.240
-1.015 -1.015
KN/m
q=
4.5 m
-0.370 -0.370
-0.240
KN / m
0.507 0.507
0.185 0.185
-0.507 -0.507
-0.185 -0.185
Peso propio de la estructura. Fuerza generada por líquidos con presiones y máxima altura total. Asentamientos de apoyos, fuerzas resultantes del proceso de soldadura y fuerzas debidas a variaciones de temperatura. La ocupación y el uso de pisos, montaje de pisos, materiales sueltos, acciones de maquinas, equipos, cargas móviles como puentes grúa. Cargas útiles en techos, mantenimientos de cubiertas, montaje de techos. Cargas de viento. Cargas de nieve y granizo Peso y empuje lateral del suelo y del agua en el suelo. Acción debida al agua de lluvia o al hielo sin considerar los efectos producidos por la acumulación de agua Cargas sísmicas, impactos de vehículos sobre las estructuras, explosiones o movimientos del suelo
0.430 0.450 0.534 5.625 -1.236 1.015 -1.103 1.015
0.000 0.000 0.000 0.000 -0.451 0.370 -0.403 0.370
0.180 0.188 0.223 2.348 -0.585 0.480 -0.522 0.480
0.066 0.069 0.081 0.857 0.000 0.000 0.000 0.000
0.86 0.90 1.07 11.25 -2.47 2.03 -2.21 2.03
0.00 0.00 0.00 0.00 -0.90 0.74 -0.81 0.74
0.191 0.200 0.237 2.500 -0.549 0.451 -0.490 0.451
0.000 0.000 0.000 0.000 -0.201 0.165 -0.179 0.165
y
21.73566056
x
0.592556129
y'
qx=q*sen(a) qy=q*cos(a)
qx'=q*sen(a) qy'=q*cos(a)
2.46 2.65 7.74 1.84 18.14 5.44 21.74 2.05 18.35 5.44
0.00 0.00 0.00 -0.72 -0.72 0.59 0.59 -0.64 -0.64 0.59
KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN
21.74 -1.31 3.78 5.89 10.98 -0.89 4.21 5.89 10.98 -1.84 5.36 -1.42 5.36
0.59 -1.44 -1.44 1.19 1.19 -1.29 -1.29 1.19 1.19 -1.44 1.19 -1.29 1.19
KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN
21.74 -1.84
1.19 KN -1.44 KN KN
***Máximo
***Mínimo
0.51 0.55 1.62 0.33 3.73 1.18 4.58 0.38 3.78 1.18
0.19 0.20 0.59 0.29 1.53 0.29 1.53 0.29 1.53 0.29
KN/m KN/m KN/m KN/m KN/m KN m KN/m KN/m KN m KN/m
4.58 -0.38 0.68 1.32 2.38 -0.28 0.78 1.32 2.38 -0.49 1.21 -0.39 1.21
1.53 0.20 0.59 0.20 0.59 0.20 0.59 0.20 0.59 0.16 0.16 0.16 0.16
KN/m KN KN/m KN/m KN/m KN/m KN KN/m KN/m KN/m KN/m KN/m KN/m KN KN/m KN/m
4.58 -0.49
1.53 KN/m 0.16 KN KN/m
Escojo el larguero más critico: L=
1m
ө
Se realiza el análisis del larguero como una viga simplemente apoyada con flexión oblicua.
***Máximo
***Mínimo
qy'=
4.58 KN/m
Lc =
′ ∗ á = 8 11.60 á = 10.31 á =
qy'=
4.5
′ ∗ á = 8
á =
′ ∗ 2
KN*m M3-3 KN
-1.25 -1.11
KN *m KN
′ ∗ 8 á = 3.88 3.45 á =
á =
qx'=
4.5
á =
1.53 KN/m
Lc = 4.5
-0.49 KN/m
Lc =
á = á =
qx'=
á = ′ ∗
KN*m M2-2 KN
0.16 KN/m
Lc = 4.5
′ ∗ 2
2
′ ∗ ′ ∗ á = á = 2 8 á = 0.41 KN *m 0.72 KN á =
