Diseño de Galpon

ESTRUCTURAS DE ACERO

DISEÑO GALPON

Galpon Reticulado Galpon en Base Perfiles de Seccion Cajon

PROFESOR : J. SILVA L.

INTEGRANTE : S. SOUBLETT R. (e-mail: [email protected]) ESTRUCTURAS DE ACERO

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL EN OBRAS CIVILES FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE

INDICE Contenidos 1. Generalidades 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5.

Introducción Dimensiones del Proyecto Sistema de Unidades Sistema de Referencia Normas, Códigos y Referencias. 1.5.1. Cargas 1.5.2. Diseño 1.5.3. Materiales 1.5.4.Ejecución 1.5.5.Referencias

2. Bases de Diseño 2.1. Antecedentes Generales 2.2. Estructuración 2.3. Materiales 2.3.1. Acero Estructural 2.3.2.Soldadura 2.4. Estados de Carga 2.5. Combinaciones de Carga. 2.6. Mecánica de Suelos 2.7. Software Utilizados 3. Modelación Estructural 3.1. Estados de Carga 3.1.1.Peso Propio 3.1.2.Sobrecarga 3.2. Análisis Sísmico 3.2.1.Parámetros principales para el Cálculo sísmico 3.2.1.1. Categoría de la Edificación 3.2.1.2. Factor de Importancia 3.2.1.3. Otros Parámetros del Análisis Sísmico 3.2.1.3.1. Factor de modificación de respuesta

Pag. 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5

6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 9 9 9 9 9 10 10

2


3.2.1.3.2. 3.2.1.3.3.

Aceleración Efectiva Coeficiente Sísmico Máximo

3.3. Viento 3.4. Nieve

10 10 11 11

4. Resultados 5. Conclusión

12 13

3


1. GENERALIDADES 1.1. Introducción El trabajo que se detalla a continuación presentara el cálculo comparativo de dos diseños de estructuras de acero. Los diseños de galpones a evaluar estarán compuestos por distintas configuraciones estructurales, de manera tal de poder comparar cual es la configuración más adecuada y eficiente. El primer diseño será modelado como un galpón reticulado, mientras que el segundo diseño estará dado por una estructuración en base a perfiles de sección cajón. El proceso de cálculo abarcara el planteamiento de los estados de carga al que estará sometido el galpón, obtención de las solicitaciones y dimensionado estructural de los elementos.

4


1.2. Dimensiones del Proyecto Las dimensiones se indican en la siguiente figura: Galpón 1

Las dimensiones se disponen en metros. Se colocarán 5 marcos cada 6 metros. La unión entre Marcos será realizada con perfiles de sección cajón 200x150x4 para ambos casos. Galpón 2

Las costaneras serán ubicadas con un espaciamiento de 84 centímetros y el perfil a usar será de sección CA 150x50x15x3.

5


1.3. Sistema de Unidades El sistema de unidades utilizado en el cálculo estructural corresponde a MKS (SI). 1.4. Sistema de Referencia Corresponde al sistema cartesiano dando referencia al eje X como la luz del marco, el eje Y a la profundidad del galpón y el eje Z a la altura de la estructura. 1.5. Normas, Códigos y Referencias. 1.5.1. Cargas Las cargas que afectan el diseño del galpón son las siguientes:     

Nch431.Of77 Nch432.Of71 Nch433.Of96 NCh1537.Of1986 Nch3171.Of2010

– Sobrecargas de Nieve – Calculo de la Acción del Viento Sobre las Construcciones – Diseño Sísmico de Edificios – Cargas permanentes y Sobrecargas de uso – Disposiciones Generales y Combinaciones de Carga

1.5.2. Diseño  

Nch427.cR1977 – Especificaciones para el cálculo de estructuras de acero para edificio AISC 2005 – Manual de construcción en acero 1.5.3. Materiales

  

Nch203 – Acero para uso estructural – Requisitos ICHA – Manual de estructuras de acero para edificios. 2° Edición ASTM A242 – High-Strength Low-Alloy Structural Steel 1.5.4. Ejecución



Nch428 – Ejecución de construcciones de acero

6


1.5.5. Referencias Filosofías de diseño método por diseño de tensiones admisibles (ASD).método de diseño por factores de carga y resistencia (LRFD).especificaciones y normas para el diseño de estructuras de acero vigentes en Chile. 2. Bases de Diseño 2.1. Antecedentes Generales El emplazamiento de la estructura será en la Región Metropolitana, específicamente en la comuna de La Reina. El galpón será diseñado para ser utilizado como bodega industrial. 2.2. Estructuración - Marcos reticulados - Marco en Base a Perfiles de sección Cajon 2.3. Materiales 2.3.1. Acero Estructural

2.3.2. Soldadura -

Estándar de Definiciones y Términos de Soldadura ANSI/AWS A3.0

-

Soldadura con electrodos A 6011

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2.4. Estados de Carga Los valores de diseño dados por el mandante, son las siguientes:  -

Sobrecargas en Techumbre : 3 Cargas Puntuales : Carga Distribuida :

P= 800 kgf P= 100 kgf/m

2.5. Combinaciones de carga Las combinaciones carga utilizadas son las siguientes, de acuerdo a la norma Nch3171.Of2010:        

COM1: 1.4D COM2: 1.2D + 1.6L + 0.5 S COM3: 1.2D + 1.6S + L COM4: 1.2D + 1.6S + 0.8W COM5: 1.2D + 1.6W + L + 0.5S COM6: 1.2D + 1.4 E + L + 0.2S COM7: 0.9D + 1.6W COM8: 0.9D + 1.4E

2.6. Mecánica de Suelos Suelo fino arcillo limoso color café claro, de consistencia media, estructura homogénea y vesicular, con gravas aisladas. Este horizonte es atravesado localmente por estratos de grava arenosa, con algunos bolones, de 1 m a 2 m de espesor, y lentes de arena fina limosa. Corresponde a la clasificación CL- ML y CL en el Sistema U.S.C.S. Fuente: Dirección de Obras Municipales Municipalidad de la Reina 2.7. Software Utilizados  AutoCAD 2012  Sap2000 V.14.0.0

8


3. Modelación Estructural 3.1. Estados de Carga 3.1.1. Peso Propio PESO PROPIO ESTRUCTURA RETICULADA TIPO PERFIL

C 200x75x6

2 C 200X75X5

UBICACIÓN

LARGO (m)

PILAR EXT.

5,50

PILAR INT.

5,01

CORDON SUPERIOR

5,75

CORDON INFERIOR

5,02 0,70

UNIONES

0,85

PESO (Kg/m)

15,40

26,20

CANTIDAD Ud.

PESO TOTAL (kg)

2,00

169,40

2,00

154,31

2,00

177,10

2,00

154,62

1,00

18,34

2,00

44,64

10,00

24,78

10,00

30,44

PILARES

2L 40x40x3

CAJON 200x150x4 CA 150x50x15x3

Horizontal

0,70

Riostra

0,86

TECHO

3,54

Vertical

0,70

12,00

29,74

Riostra

0,92

12,00

39,08

Unión entre marcos Costanera

6,00 6,00

4,00 15,00

504,00 549,00

21,00 6,10

PESO MARCO RETICULADO (Kg) =

1895,45

PESO PROPIO ESTRUCTURA PERFILES SECCION CAJON TIPO PERFIL

CAJON 200x200x4

CAJON 200x150x4 CA 150x50x15x3

UBICACIÓN

LARGO (m)

PILAR EXT.

5,50

PILAR INT.

5,01

CORDON SUPERIOR

5,75

CORDON INFERIOR

5,02

Unión entre marcos Costanera

6,00 6,00

PESO (Kg/m)

24,20

21,00 6,10

PESO MARCO SECCION CAJON (Kg) =

CANTIDAD Ud.

PESO TOTAL (kg)

2,00

266,20

2,00

242,48

2,00

278,30

2,00

242,97

4,00 15,00

504,00 549,00 2082,95

9


3.1.2. Sobrecarga

3.2. Análisis Sísmico 3.2.1. Parámetros Principales para el Cálculo Sísmico 3.2.1.1.

Categoría de la Edificación

Categoría D: La estructura analizada está destinada a uso de bodegaje industrial. 3.2.1.2.

Factor de Importancia

Según la norma NCH433.Of96, Tabla 6.1 :

I = 0.6

10


3.2.1.3.

Otros parámetros del Análisis Sísmico

3.2.1.3.1.

Factor de Modificación de Respuesta

Según la norma NCH433.Of96, Tabla 5.1:

3.2.1.3.2.

Aceleración Efectiva

Según norma NCH433.Of96, Tabla 6.2: 3.2.1.3.3.

A₀ = 0.30 g (g = 9.8 m/s2)

Parámetros que dependen del tipo de suelo

Según Norma NCH433.Of96 Tabla 6.3:

3.2.1.3.4.

R =7 R₀ = 11

S = 1.00 T₀ = 0.30 T’ = 0.35 n = 1.33 p = 1.50

Coeficiente Sísmico Máximo

Según Norma NCH433.Of96 Tabla 6.4:

Cmáx = 0.35 SA₀/g = 0.105 Cm n = A₀/6g = 0.05

 Detalle cálculo carga sismo para Reticulado Se toman los valores de las sobrecargas, de las cuales se tomara un 25% SOBRECARGAS DE USO 3 PUNTUAL 1 DISTRIBUIDA

800 100

Con el 25% de SC más el Peso propi de la estructura se obtuvo Q0 P RETICULADO Pp (Kg) 1895,45

ESFUERZO DE CORTE BASAL RETICULADO SC (25%) (Kg) 875

C

I

0,034 0,6

P 2770,45

Q0

(Kgf) 56,62

11


Por lo tanto la carga de sismo tiene un valor de 56,62 kgf/m para el reticulado.

12


 Detalle cálculo carga sismo para Galpón de sección cajón Con el 25% de SC más el Peso propi de la estructura se obtuvo Q0 P Pp (Kg) 2082,95

ESFUERZO DE CORTE BASAL ESTRUCTURA DE CAJON SC (25%) (Kg) 875

C

I

P

0,034

0,6

2957,95

Q0

(Kgf) 60,45

Por lo tanto la carga de sismo tiene un valor de 60,70 kgf/m para el marco de sección cajón.

13


3.3. Viento De acuerdo al emplazamiento de la estructura, inclinación del techo (17 grados) y altura del galpón, se obtuvo la siguiente distribución de cargas: (valores tributados a 6 metros)

0,8q -0,4q (1,2senα-0,4)q -0,4q

IZQ. DER.

TECHUMBRE

DER.

PILARES

IZQ.

Altura (m)

RETICULADO Y SECCION CAJON Qb Presión Viento Ancho (Kg/m2) Kg/m2 tributario (m)

0,00

55,00

44,00

1,83

57,44

45,95

3,67

59,89

5,50

Kgf/m

Tf/m

Clasificación

264,00

0,264

Presión

275,73

0,276

Presión

47,91

287,46

0,287

Presión

62,33

49,86

299,18

0,299

Presión

0,00

55,00

-22,00

-132,00

-0,132

Succión

1,83

57,44

-22,98

-137,86

-0,138

Succión

3,67

59,89

-23,95

-143,73

-0,144

Succión

5,50

62,33

-24,93

-149,59

-0,150

Succión

5,50

62,33

-3,06

-18,38

-0,018

Succión

6,08

63,08

-3,10

-18,60

-0,019

Succión

6,70

63,82

-3,14

-18,82

-0,019

Succión

7,18

64,57

-3,17

-19,04

-0,019

Succión

5,50

62,33

-24,93

-149,59

-0,150

Succión

6,08

63,08

-25,23

-151,38

-0,151

Succión

6,70

63,82

-25,53

-153,18

-0,153

Succión

7,18

64,57

-25,83

-154,97

-0,155

Succión

6,00

6,00

6,00

6,00

14


3.4. Nieve De acuerdo al emplazamiento de la estructura, inclinación del techo (17 grados) y altura del galpón, se obtuvo la siguiente distribución de cargas: (valores tributados a 6 metros)

Por Tabla 1 NCH 431 indica que no aplica no coeficiente de amplificación de carga (K) , Por lo tanto K=1 Presión Básica de Nieve = 25 Kgf/m2

LATITUD LONGITUD 33º 27'

70º 40'

ALTITUD (m) 558

θ (º) 17,0

N0 (Kgf/m2)

K 1,00

25,00

Ancho N Tributario (Kgf/m2) (m) 25,00

6,00

Kg/m 150,00

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4. Resultados La combinación de carga que presento las mayores tensiones para ambas configuraciones corresponde a: 1.2D + 1.6L + 0.5S 

Barras que poseen mayor solicitación a compresión ubicadas en el marco numero 4

La cantidad de datos mostrada en la tabla se debe a que distintos tipos de seccione presentaban tensiones máximas variables, lo que permitirá discriminar de manera más asertiva como se diseñara dependiendo del tipo de sección a la cual corresponda la tensión.

La imagen presenta la región del marco 4 con las tensiones más críticas. Las tensiones de esa sección se Tabulan en tabla resumen obtenida de SAP 200

Identificación Elementos

16

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL EN OBRAS CIVILES FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE TABLE: Element Forces - Frames Frame Station OutputCase Text m Text 413 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 412 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 411 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 410 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 417 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 393 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 409 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 408 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 401 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 400 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 407 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 402 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 415 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 418 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 414 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 403 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 386 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 384 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 382 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 388 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 390 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 392 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 404 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 405 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 406 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 399 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 398 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 391 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 397 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 387 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 383 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 385 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 389 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 396 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 419 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 420 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 395 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 394 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 421 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 416 0 1.2D + 1.6L + 0.5S

CaseType Text Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination

P Tonf -12,0185 -11,0148 -9,7247 -8,4714 -8,4102 -7,5042 -7,2132 -5,9563 -4,9264 -4,7285 -4,7 -4,4839 -3,4411 -2,9751 -2,1882 -1,7544 -1,7235 -1,7199 -1,7192 -1,7127 -1,6881 -1,5756 -1,4281 -1,1057 -0,9173 1,1172 1,5361 1,6828 1,8831 2,114 2,1206 2,1229 2,1789 2,305 2,3532 4,4632 5,8471 5,8795 6,1863 6,4654

17




A diferencia del marco anterior, este marco presento tensiones mucho menor, difiere en las tensiones internas al menos con 2 ton de diferencia.

En este caso como el tipo de sección con que se elaboró el marco es uno solo, se colocaran los esfuerzos correspondientes a la sección cajón 200x200x4.

Identificación Elementos

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ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL EN OBRAS CIVILES FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS UNIVERSIDAD CENTRAL DE CHILE TABLE: Element Forces - Frames Frame Station OutputCase Text m Text 185 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 187 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 185 2,5 1.2D + 1.6L + 0.5S 187 2,5 1.2D + 1.6L + 0.5S 185 2,5 1.2D + 1.6L + 0.5S 187 2,5 1.2D + 1.6L + 0.5S 185 2,75 1.2D + 1.6L + 0.5S 187 2,75 1.2D + 1.6L + 0.5S 185 5 1.2D + 1.6L + 0.5S 187 5 1.2D + 1.6L + 0.5S 185 5 1.2D + 1.6L + 0.5S 187 5 1.2D + 1.6L + 0.5S 185 5,5 1.2D + 1.6L + 0.5S 187 5,5 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 0,73193 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 0,73193 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 1,56842 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 1,56842 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 2,40491 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 2,40491 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 2,87543 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 3,24139 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 3,24139 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 4,07788 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 4,07788 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 4,91437 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 4,91437 1.2D + 1.6L + 0.5S 188 5,75086 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 0 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 0,75 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 1,5 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 2,25 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 3 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 3,75 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 4,5 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 5,25 1.2D + 1.6L + 0.5S 172 6 1.2D + 1.6L + 0.5S

CaseType Text Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination Combination

P Tonf -10,4595 -10,4595 -9,8567 -9,8567 -9,7023 -9,7023 -9,642 -9,642 -9,0995 -9,0995 -8,9422 -8,9422 -8,8216 -8,8216 -6,3072 -6,2054 -6,1929 -6,0765 -6,064 -5,9477 -4,8133 -4,7479 -4,697 -4,6844 -4,568 -4,5554 -4,4391 -4,4265 -4,3101 0,0196 0,0196 0,0196 0,0196 0,0196 0,0196 0,0196 0,0196 0,0196

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5. Conclusión Entrega 1 Desde el punto de la Funcionalidad se puede decir que debido a la estructuración reticulada de dicho galpón, se puede observar que las influencias de las distintas fuerzas externas no producen grandes deformaciones, es decir, este tipo de estructuración permite soportar mejor las luces de gran espaciamiento. El peso de la estructura es bastante bajo desde el punto de vista de las cargas que son aplicadas, lo cual se puede traducir en que la estructura es más económica. Esta economía tendrá un límite dado por la seguridad que debe prestar la estructura frente a la resistencia de servicio. Con respecto al dimensionamiento de los elementos que se realizó se puede decir que a pesar de la simplicidad de las distintas secciones, estos satisfacen las condiciones de servicio, lo que permite asumir que a esta configuración reticulada se le puede agregar más cargas. También se puede asumir desde este punto que ante la incertidumbre inherente del criterio probabilístico de las acciones sísmicas, viento o nieve la estructura cumpliría de una manera aceptable estas cargas. A futuro se espera verificar si aplicando los conceptos de diseño los perfiles seleccionados cumplen o no los requisitos de las cargas solicitantes, o también se podría decidir que los elementos están sobre dimensionados, lo cual implicaría que sus costos serian elevados.

20

Diseño de Galpon

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