CALCULO DE ESTRUCTURAS METALICAS PROGRAMA DE CALCULO CYPE METAL 3D
MODULOS METALICOS DEL CYPE • GENERADOR DE PORTICOS: • • • •
Generación de los pórticos de la estructura. Determinación de las acciones Calculo de correas de cubierta y fachada Exportación de la geometría y cargas a l programa metal 3D
• METAL 3D • • • • •
Calculo de estructuras 3D Comprobación Autodimensionado Optimización de perfiles Cálculo de cimentaciones
CYPE. Generador de pórticos • UTILIDAD. • •
Calculo de pórticos de una o dos aguas Herramienta de prediseño de la estructura principal (pórticos) y cálculos de la secundaria (Correas)
• OBJETIVOS. • • • • •
Cálculo de correas cubierta Cálculo de correas fachada Cálculo de acciones sobre pórtico Generación de planos del pórtico y memoria de cálculo Exportación y generación de la estructura 3D para dimensionado de las demás barras.
• EL CALCULO • • • •
Para el cálculo de correas el programa usa el modelo de viga continua con un número de tramos variable y definido por nosotros. La comprobación de las correas se hace frente a tensión y flecha máximas. El cálculo de tensiones y flechas se hace según la normativa elegida. Para perfiles laminados se hace la comprobación de pandeo lateral, y para conformados se incluyen en el cálculo de tensiones los efectos de combadura y abolladura contemplados en la normativa.
• OTRAS CARACTERISTICAS • • • • • •
Generación de las acciones de viento. Generación de las acciones de nieve. Biblioteca editable de perfiles conformados, laminados, armados. Cálculos según varias normas. Listado de datos introducidos y calculados. Composición y dibujo de planos exportables.
• PASOS A SEGUIR EN LA CREACION DEL PORTICO • • • • • •
Datos generales de la estructura Creación de la obra Creación del pórtico tipo Comprobación de datos de entrada Calculo de Correas Exportación a metal 3D
• DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA • •
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DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA Estructura formada por 6 pórticos rígidos a dos aguas compuestos, cada uno de ellos, por dos pilares extremos (unidos rígidamente a la cimentación) y dos dinteles inclinados (con uniones rígidas entre si y a la parte superior de los pilares) Los pórticos hastíales (inicial y final) tendrán tres pilares intermedios para soportar las cargas de viento frontal (con unión articulada en ambos extremos) Se dispondrán arriostramiento en los vanos externos y en la cubierta.
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DIMENSIONES Altura de pilares: 5 m Altura de cumbrera: 6,5 m Luz del pórtico: 16 m (pórtico simétrico) Separación entre pilares intermedios de pórticos hastíales: 4 m Inclinación de la cubierta: 10,62º (18,75%) Separación entre pórticos: 5 m (5m x 5 vanos = 25 m Longitud de la nave) Longitud del dintel: 8,14 m
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CERRAMIENTOS LATERALES El cerramiento lateral se formara mediante fabrica de bloque de hormigón, la cual descansara directamente sobre la viga de atado de las zapatas perimetrales (no transmitiendo su peso propio a la estructura). Dicho cerramiento no tendrá huecos abiertos
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CUBIERTA Cubierta formada mediante panel prefabricado de peso 16 kg/m2 Peso de los accesorios de fijación: 2 kg/m2 Será soportada por correas metálicas continuas apoyadas en los dinteles. Se dispondrán 7 correas por aguada de modo que la separación entre correas es 8,14 / 6 = 1,356 m La cubierta será accesible únicamente para conservación. • • • • • •
PERFLES BARRAS Pilares laterales de todos los pórticos: HEB Pilares intermedios de pórticos finales: IPE Dinteles: IPE Correas IPE Arriostramiento: Redondos de acero
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MATERIALES Acero S 275 (Todas las barras)
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SITUACION Valladolid ( Altitud 690 m), en una zona llana con algunos obstáculos aislados.
• CREACION DE LA OBRA • •
Abrimos el programa y este nos manda automáticamente a la carpeta donde se guardan los ficheros. Pinchamos en archivos y seleccionamos uno nuevo, aparecerá la siguiente ventana
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Nombre del fichero. Le damos un nombre a la obra (no se pueden repetir) Nombre de la obra. Haremos una breve descripción de la obra. Una vez hecho esto pinchamos en aceptar.
Se abrirá una ventana para introducir los datos generales de la obra.
• DATOS GENERALES DE LA OBRA.
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Introduciremos la separación entre pórticos Definiremos el cerramiento (Peso), tanto de la cubierta como de los laterales. Definiremos si queremos que se tenga en cuenta o no la sobrecarga de viento y de nieve así como la norma que se utilizara para el cálculo de las mismas. Definiremos las combinaciones de carga - Acero Laminado - Acero conformado
• SOBRECARGA DE VIENTO. •
Pinchamos en el icono que aparece al lado de donde hemos seleccionado la norma a utilizar y se abrirá la siguiente pantalla.
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DEFINIMOS Zona Eólica según el mapa Grado de aspereza Longitud de la nave. La presencia y ausencia de huecos en los laterales. – Area media – Alturas medias
• SOBRECARGA DE NIEVE. •
Pinchamos en el icono que aparece al lado de donde hemos seleccionado la norma a utilizar y se abrirá la siguiente pantalla.
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DEFINIMOS Presencia o no de resaltos Zona climática según el mapa Altitud topográfica Exposición al viento de la nave
• COMBINACIONES DE CARGA.
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DEFINIMOS Tipo de uso que se le va a dar a la nave Altitud topográfica. Pinchamos aceptar y nos saldrá la ventana de creación del pórtico tipo.
• CREACION DEL PORTICO TIPO.
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DEFINIMOS La topología del pórtico
– A un agua – A dos aguas •
Tipo de cubierta. – Pórticos rígidos – Distintos topologías de cerchas
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Una vez hemos definido el pórtico pasamos a dibujarlo y acotarlo.
• PREDISEÑO DEL PORTICO TIPO.
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El programa nos dará un prediseño en el que tendremos que poner las medidas de la nave a calcular . Para ello pinchamos sobre las medidas e introducimos los valores de la nave a calcular
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DEFINIMOS EL MURO LATERAL:
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Se pincha fuera del pórtico y aparece la ventana. Pinchamos sobre Muro Lateral y aparece la siguiente ventana.
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Definimos si tiene muro lateral Si es afirmativo deberemos de definir los siguientes parámetros: Altura del muro (nuestro caso 5m)
Arriostra el pilar. Si es afirmativo, se supone que ata al pilar en el plano perpendicular. Autoequilibrado. Afirmativo: el muro soporta los empujes del viento. Negativo: Transmite la carga de viento al pilar
• COMPROBACION DE DATOS DE ENTRADA. •
Pinchamos en uno de los icono que aparece en el menú superior para poder realizar una revisión de las cargas que se han ido generando y se abrirá la siguiente pantalla.
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Se muestran las cargas por cada hipótesis Puede modificarse la escala de visualización para poder ver mejor las cargas. Vemos las acciones por cada hipótesis.
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Se puede generar un fichero para guardar la hipótesis vista. Pinchamos en el icono Se puede guardar en distintos formatos: Gráficos (EMF, JGB, BMP) Auto Cad (dxf, dwg)
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Ejemplo de la vista que se genera para la comprobación.
• CALCULO DE CORREAS. •
Pinchamos en el icono
y aparecerá la siguiente ventana
DEFINIREMOS: • Limite de Flecha según C.T.E. • Numero de vanos Calculo como viga continua. Se aconseja seleccionar 1 o 2 vanos
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Tipo de fijación. Cubierta no colaborante Fijación por gancho Fijación rígida Dimensionamiento.
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DEFINICION DE LOS TIPOS DE CUBIERTA.
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Cubierta no colaborante: Ej. Fibrocemento sin amianto Correas a solicitación completa, dentro y fuera del plano. Se incluye el efecto de torsión. Solo pueden usarse perfiles laminados
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Fijación por gancho: Cubierta infinitamente rígida en su plano Correa solicitada sólo a flexión en el plano correa Se incluye el efecto de torsión debido a succión viento
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Fijación rígida: Correa solicitada sólo en plano correa (flexión y cortante) La cubierta impide el giro (no hay momento torsor)
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SELECCIÓN DEL TIPO DE PERFIL DE LAS CORREAS.
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Pinchamos en el icono que aparece después de tipo de perfil
Una vez que escojamos la disposición del perfil que vamos a utilizar nos aparecerá la siguiente ventana
Escogemos si el material es Laminado, Armado o Conformado De la serie de perfiles escogemos el tipo Del perfil seleccionado escogemos las dimensiones dentro de la serie escogida.
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METODO DE DIMENSIONAMIENTO.
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Se fijan dos parámetros y se selecciona dimensionar el tercero. Lo más habitual es fijar la separación entre correas, el material (S 275 J) y dimensionar el perfil.
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Una vez hemos fijado esos parámetros pinchamos en dimensionar del parámetro no fijado apareciendo una tabla que muestra la validez o no de perfiles dentro de la serie escogida.
• EXPORTACION A METAL3D •
Para realizar la exportación del pórtico calculado al programa Metal3D debemos pulsar el icono
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Opciones que hay que rellenar para realizar la exportación. Tipos de apoyos (biempotrados) Pandeo (en pórticos traslacionales) Tipo de generación (3D) Opciones agrupación (Centrales y finales) Numero de vanos (5)
• OPCIONES DE PANDEO. • • •
Si escogemos no generación de longitud pandeo β=1 Si escogemos la generación de longitud pandeo Consideraciones comunes Plano longitudinal (perpendicular pórtico): Intraslacional (viga atado) Correas arriostran dinteles y pilares fuera plano pórtico Pórtico Biempotrado: Inercia pilar = Inercia dintel Pórtico Biarticulado: Inercia pilar = 0.5·Inercia dintel Op. Traslacional: pórtico desplazable en plano pórtico (sin arriostramiento) Opción Intraslacional: pórtico indesplazable en plano pórtico
CYPE. Metal3D • PASOS A SEGUIR PARA CALCULAR LA ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL. • • • • • • •
Configuración datos generales Completar la estructura Descripción nudos Descripción barras Descripción opciones cálculo Calculo de la estructura. Cálculo cimentación: placas anclaje y zapatas
• CONFIGURACION DE DATOS GENERALES . • •
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ARCHIVO > Nuevo
Nombre del fichero. Le damos el mismo nombre a la obra que le dimos en el generador de pórticos. Nombre de la obra. Haremos una breve descripción de la obra. Una vez hecho esto pinchamos en aceptar.
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OBRA > Normas •
Escogemos las normas con las que queremos que se calcule la estructura metálica.
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OBRA > Acciones
Deberemos de ir introduciendo los datos de la estructura. Control de ejecución Categoría de uso Cota de nieve •
Mostrar / Ocultar Barra de Herramientas
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Mostrar / Ocultar Desplegable de Opciones
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Referencias a Objetos
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Acotado Genérico
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Apuntamos la medida a acotar y se pincha sobre las líneas auxiliares del dibujo.
VENTANA / Nueva. • • •
Escogemos el tipo de plano que queremos crear. Pinchamos sobre líneas que definan el plano Nombramos el plano
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Ejemplo de planos interesantes durante el calculo.
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También es muy interesante sacar un plano de cada aguada de la cubierta.
• COMPLETAR LA ESTRUCTURA . • •
Añadimos 3 nudos para situar los pilares en los pórticos extremos Para ello pinchamos en el menú NUDO/Nuevo y pinchamos donde los queremos colocar (Ver figura)
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Acotamos los nudos cada 4 m para fijar bien las separaciones. Para ello pinchamos en el menú COTA/distancia entre líneas 4m/acotar y seleccionamos dos líneas paralelas que contengan a los nudos (Ver figura)
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Añadimos los dos nudos, que necesitamos en el dintel. Para ello seguimos el mismo procedimiento que antes.
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Añadimos los tres pilares de los hastíales (Pórticos extremos). Para ello pinchamos en el menú BARRA / nueva y se pincha en los dos nudos sin soltar el botón izquierdo del ratón. Una vez que tenemos hecha una barra se sale de la opción pulsando el botón derecho y se repite la acción.
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En los pórticos laterales Siguiendo el mismo sistema se añadimos las vigas de atado (vigas que van de cabeza de pilar a cabeza de pilar) y los arriostramientos de cabeza de pilar a pie de pilar siguiente o anterior (Ver figura)
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Añadimos los arriostramientos en la cubierta Siguiendo el mismo sistema añadimos los arriostramientos de cubierta, también añadiremos los nudos en los puntos de apoyo de las correas.
La figura muestra solamente una aguada, este procedimiento deberemos de realizarle en las dos aguadas
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Añadimos las cargas frontales sobre los pilares de los hastíales El signo negativo significa una acción de succión del viento Se tienen que añadir las cargas para las 4 hipótesis de viento.
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A continuación se muestra una tabla de los valores que deberemos de añadir.
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Para ello pinchamos en el menú CARGAS / Hipótesis vista y seleccionamos la hipótesis vista sobre la que vamos a trabajar para añadir las cargas de viento en los pilares de los hastíales.
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Definimos CARGAS izquierdo, aparecerá cargas.
las cargas nuevas, para ello pinchamos en el menú / Nueva y seleccionamos las barras, con el botón sobre la que vamos a trabajar. A continuación nos una ventana en la que definiremos el valor de dichas
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Una vez que hemos añadido todas las cargas de viento en los pilares de los hastíales y en todas las hipótesis de calculo cada hipótesis de calculo debiera de verse similar a la de la figura.
• DESCRIPCION DE LOS NUDOS . •
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Todos los nudos que hemos ido creando para completar la estructura han de ser descritos ahora para que el programa sepa como tratarlos a la hora del calculo. NUDOS NUEVOS DEL DINTEL. Los nudos nuevos del dintel que hemos creado son vinculaciones internas. Las vinculaciones internas pueden ser Articuladas o Rígidas. Son rígidas cuando el perfil ha de transmitir las acciones y articuladas cuando ha de absorber las acciones que llegan a él. Es decir, es la relación entre las barras que conforman el nudo. En nuestro caso los nudos que hemos introducido en los dinteles serán articulaciones. Los pilares “solo” han de soportar las cargas de viento frontal y no han de transmitírsela a los dinteles. Para definirlos los seleccionamos pinchándolos y en el menú NUDO/Vinculación/vinculación externa escogemos la opción adecuada y pulsamos aceptar
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NUDOS NUEVOS DE LOS APOYOS. Los nudos nuevos para los pilares de los hastíales que hemos creado son vinculaciones externas. Las vinculaciones externas pueden ser Libres (ménsulas), Empotramientos, Apoyos (articulación) o cabe la posibilidad de definirlo. Son empotramientos cuando el perfil ha de transmitir las acciones y articuladas cuando ha de absorber las acciones que llegan a él. Es decir, es la relación del nudo con el exterior.
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En nuestro caso los nudos que hemos introducido en los dinteles serán Empotramientos. Los pilares han de transmitir las cargas al terreno (suponemos que tenemos un terreno con suficiente resistencia). Para definirlos los seleccionamos pinchándolos y en el menú NUDO/Vinculación/vinculación interna escogemos la opción adecuada y pulsamos aceptar. Cuando hablamos de la posibilidad de definir los nudo nos estamos refiriendo a la posibilidad de que el nudo gire o se desplace.
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NUDOS NUEVOS DE LA CUBIERTA. Los nudos nuevos de la cubierta para los arriostramientos y los puntos de apoyo de las correas se deberán de definir como articulados para los arriostramientos y rígidos o empotrados para los puntos de apoyo de las correas. Los desplazamientos de los nudos de la cubierta se ligan, es decir, se mueven todos como un plano no como vigas independientes. En el menú NUDO/ligar desplazamientos se realiza esta opción ligando el movimiento longitudinal de los mismos.
• DESCRIPCION DE LAS BARRAS . •
Vamos a agrupar las barras que hemos ido creando para completar la estructura en grupos que comparten el tipo de sección y sus atributos.
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AGRUPACION BARRAS Seleccionamos todas las barras que queremos que compartan el tipo de sección y sus atributos y pinchamos el menú BARRA / Agrupar. La agrupación que vamos a realizar en nuestro caso es el siguiente: • Pilares externos Pórticos hastíales • Pilares interiores Pórticos hastíales • Pilares Pórticos Tipo • Dinteles Pórticos Hastíales • Dinteles Pórticos Tipo • Cruces arriostramiento cubierta • Cruces arriostramiento pórticos laterales
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DESCRIPCION DE LOS TIPOS DE PERFILES. Seleccionamos una barra de cada grupo y pinchamos el menú BARRA / Describe y se selecciona el tipo de perfil que queremos utilizar en el calculo de nuestra estructura metálica. Escogemos entre Laminado, Conformado, Armado o Madera Luego escogeremos la disposición necesaria de los perfiles de las distintas opciones que se nos presentan. Luego pinchamos sobre el botón que aparece debajo de perfil
Luego decimos la disposición que queremos que tenga el perfil metálico Luego pinchamos sobre el botón que aparece debajo de perfil y aparecerá otra ventana en la que escogemos la familia de perfiles que vamos a utilizar.
Escogemos la serie de perfiles a utilizar y las dimensiones. Bien en serie de obra (perfiles comerciales) bien editando perfil (habrá que añadir datos de momentos de torsión, inercias, etc...)
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En nuestro caso colocaremos los siguientes tipos de perfiles: – – – – –
Pilares externos: Perfil laminado tipo HEA Pilares interiores de los pórticos hastíales: Perfil laminado tipo IPE Dinteles: Perfil laminado tipo IPE Cruces arriostramiento cubierta: Perfil laminado L Cruces arriostramiento cubierta: Tensores de Perfil laminado O
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COMPROBACION DE LA COLOCACION ESPACIAL . Pinchamos en el menú VISTA/ vista 3D estructura
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Si no lo hemos realizado antes deberemos girar los pilares interiores de los hastíales. Pinchamos en el menú BARRA / Describir disposición y se giran 90º
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DESCRIPCION DEL MATERIAL . Seleccionamos todas las barras de la obra y en el menú BARRA / Describir material escogemos el S 275 J
Pinchamos en aceptar aparecerá la figura.
y
nos
• DESCRIPCION DE OPCIONES DE CALCULO . • • •
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PANDEO. Es necesario definir el coeficiente β de pandeo. Para ello en el menú BARRA / Pandeo aparecerá una ventana para definirlo. Por defecto las barras tienen un β = 1 salvo si se han importado del generador de pórticos con las opciones de calcular estos coeficientes. En el momento de calcular la estructura el programa nos avisara si se ha importado con los coeficientes o no. En los valores de los coeficientes de pandeo influyen aspectos como: – Sección de las barras – Numero de barras que concurren en un nudo – Existencia de correas o no.
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El coeficiente de pandeo β pude asignarse manualmente a cada barra y en cada plano de la sección (xy o xz) o dejar que el programa haga el calculo aproximado en cada uno de los planos y para las barras seleccionadas.
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Por norma general: Pilares: xy = 1 si no hay correas y no soporta entreplantas. xy = 0,7 si hay correas xy = 1,3 si hay entreplanta Dinteles: xy = 1/nº correas, pero no menor de 0,3 Ménsulas: xy = 2 Vigas de atado xy = 0,6 Para todos estos elemento en el plano xz lo podemos dejar con el valor 1 por defecto que pone el programa. Arriostramientos xy = xz = 0
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En el caso del cálculo aproximado habrá que indicar si se considera un plano traslacional o intraslacional, igual que en el Generador de Pórticos. Para ello podemos mantener las suposiciones que se establecen allí: – Efecto de arriostramiento de las correas – Estructuras longitudinalmente indesplazable – Estructura desplazable en el plano del pórtico.
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PANDEO LATERAL:
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El pandeo lateral es un problema de estabilidad en el plano horizontal, de las alas comprimidas en las vigas a flexión. Hay que indicar las longitudes posibles de este efecto lateral y como el signo de la flexión puede cambiar según las combinaciones estudiadas hay que indicárselas en la cara superior e inferior de las barras. Se puede considerar el efecto de las correas para inmovilizar transversalmente.
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Por norma general optaremos por 2 como valor del coeficiente de momentos en el ala superior y por 1 como valor del coeficiente de valores de momentos en el ala inferior, como separación de arriostramiento se coloca la separación entre correas.
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LIMITE DE FLECHA. Para comprobar si una barra cumple con el valor limite de las flechas de la norma habrá que indicárselo al programa. Es posible limitar el valor de la flecha en cualquiera de los planos. Por defecto es cero. Para ello en el menú BARRA / Flecha limite aparecerá una ventana para definirlo. Por norma general optaremos por restringir las flechas máximas relativas en lo planos que mas trabajan de las barras. Pilares L / 300 en xy, xz Dinteles L / 300 en xz Suelos de entreplanta: Tabiques frágiles L / 500 Tabiques ordinarios L / 400 Resto de casos L / 300 Ménsulas L / 300 en la punta
• CALCULO DE LA ESTRUCTURA. •
Para calcular la estructura en el menú CALCULO aparecerá una ventana en la que podremos escoger las siguientes opciones de calculo:
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El programa comprueba y dimensiona las barras de la estructura según criterios limite: – – – –
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Tensión Esbeltez Flecha Otras comprobaciones (abolladura, pandeo)
No dimensionar perfiles: Analiza la estructura sin cambiar los perfiles que hemos elegido. Dimensionar perfiles: Para barras con perfiles de una serie: Rápido: Selección del siguiente perfil de la serie cuando no cumple. Optimo: Cambio de perfil no valido y recalculo inicial. Siempre que se modifica un perfil habrá cambiado la matriz de rigidez y debe volver a calcular y comprobar las barra.
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NO DIMENSIONAR PERFIL Analiza la estructura con los perfiles indicados al describir perfil del menú barra. Destaca en rojo los perfiles no válidos. Seleccionándolos podemos ver el primero de ellos válido si lo hay, y los motivos de invalidación de los anteriores. De esta forma, podemos cambiar el perfil de la barra que no cumpla por otro de la misma serie que si cumpla, calcular de nuevo y volver a comprobar. Cuando un perfil no cumple, existen otras soluciones diferentes a aumentar su sección. Dependiendo de cuál sea la razón por la que no cumpla (tensión, flecha, esbeltez, etc) se puede optar por colocar cartelas, cambiar las condiciones de empotramiento en los extremos, arriostrar el perfil de otro modo, cambiar de serie de perfiles, revisar si los coeficientes de pandeo son correctos, etc.
• CALCULO DE CIMENTACION. •
Pinchamos en el menú CIMENTACION / Cimentación y obtenemos la siguiente ventana: Pinchamos en Generación zapatas y nos saldrá otra ventana para seleccionar el tipo de zapata a calcular. Pinchando en Dimensionar todas el ordenador las calculara del lado de la seguridad, estas luego se pueden modificar pinchando en editar
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Pinchamos en el menú CIMENTACION / Placas de anclaje y obtenemos la siguiente ventana: Pinchamos en Generar y nos generara las placas sin dimensionar.. Pinchando en Dimensionar todas el ordenador las calculara del lado de la seguridad, estas luego se pueden modificar pinchando en editar
