1.- GENERA GENERAL L 1.1 ALCAN ALCANCE CE
La presente memoria de calculo, comprende el diseño de arriostres, conexiones y pernos como parte del Proyecto: "Optimización del comportamiento estructural de una estructura dual de concreto armado empleando arriostres verticales de acero considerando un espectro de diseño que incluye el sismo de Lima 2007.
1.2 CODIGOS CODIGOS Y ESTANDARES ESTANDARES
a) MINISTERIO DE VIVIENDA VIVIENDA Y CONSTRUCCION CONSTRUCCION 2003 Reglamento Nacional de Construcciones - Normas Técnicas de Edificación E-020 - Cargas b) ASD - AISC Allowable Stress Design and Plastic Design - American American Institute of Steel Construction Construction Inc. - 9th edition. c) ACI - AMERICAN AMERICAN CONCRETE CONCRETE INSTITUTE INSTITUTE ACI 318-99 - Building Code Code Requirements Requirements for Structural Concrete Concrete d) AISC Industrial Buldings -Roofs to Column Achorage e) AISC AISC Light & Heavy Industrial Buildings 1.3 DOCUMENTOS DOCUMENTOS DE REFERENCIA
- 157-C-2001 - 157-C-2002
Cimentación, losa de piso.Planta
- 157-C-4001
Estructura metálica-Arriostres
- 157-C157-C-400 40022
Estructura metálica-Detalles
Cimentación, lo losa de de pi piso.Secciones y Detalles.
1.4 MATERIALES MATERIALES
ESTRUCTURAS DE CONCRETO
0
Esfuerzo mínimo a la compresión
0
2
210 210 Kg/c Kg/cm m
ACERO DE REFUERZO REFUERZO Esfuerzo mínimo a la fluencia.
2
4,200 Kg/cm
ACERO ESTRUCTURA ESTRUCTURA A36 Esfuerzo mínimo a la fluencia.
36.00 ksi
1.5 PARAMETRO PARAMETROS S DE SUELO 3
Peso específico del suelo
1.00 T/m
Profundidad de cimentación
1.50 m
Asumido
Diseño del arriostre de acero Método de diseño: AISC - LRFD 2005
1.- Estado Estado de Cargas en el elemento elemento De acuerdo al análisis realizado se t iene las siguientes cargas: Carga Muerta Carga Viva Carga de Sismo (sentido X) Carga de Sismo (sentido Y)
D= L= Ex= Ey=
17.50 7.50 2.98 2.98
Tn Tn Tn Tn
2.- Cálculo de la fuerza máxima máxima en el el elemento Item
Combo
Axial (Tn)
C.1 C.2 C.3X-1 C.3X-2 C.3Y-1 C.3Y-2 C.4X-1 C.4X-2 C.4Y-1 C.4Y-2
1.40D 1.20D + 1.60L 1.20D + 0.50L + Ex 1.20D + 0.50L -Ex 1.20D + 0.50L + Ey 1.20D + 0.50L - Ey 0.90D + Ex 0.90D - Ex 0.90D + Ey 0.90D - Ey
24.50 33.00 27.73 21.77 27.73 21.77 18.73 12.77 18.73 12.77
Por lo tanto se tiene: Pu = 33.00 Tn Nu = 12.77 Tn
(Compresión) (Tracción)
3.- Predimensionamiento Predimensionamiento del elemento Emplearemos la siguiente expresión para elementos sometidos a compresión axial:
K= L= r≥
1.00 500.00 2.500
cm cm
Se empleará el siguiente perfil: Perfil empleado Peralte Ancho Espesor del ala Espesor del alma Area del perfil Radio de giro en X Radio de giro en Y Resistencia a la fluencia del acero Resistencia a la rotura del acero Modulo de elasticidad del acero
W 44X335 D= 111.760 Bf= 40.640 tf= 4. 4 .496 tw= 2.540 Ag= 635.483 rx= 45 45.212 ry= 8.865 Fy= 36 Fu= 58 Es= 29000
cm cm cm cm cm cm cm² cm cm cm Ksi Ks i Ks i
Diseño del arriostre de acero Método de diseño: AISC - LRFD 2005
1.- Estado Estado de Cargas en el elemento elemento De acuerdo al análisis realizado se t iene las siguientes cargas: Carga Muerta Carga Viva Carga de Sismo (sentido X) Carga de Sismo (sentido Y)
D= L= Ex= Ey=
17.50 7.50 2.98 2.98
Tn Tn Tn Tn
2.- Cálculo de la fuerza máxima máxima en el el elemento Item
Combo
Axial (Tn)
C.1 C.2 C.3X-1 C.3X-2 C.3Y-1 C.3Y-2 C.4X-1 C.4X-2 C.4Y-1 C.4Y-2
1.40D 1.20D + 1.60L 1.20D + 0.50L + Ex 1.20D + 0.50L -Ex 1.20D + 0.50L + Ey 1.20D + 0.50L - Ey 0.90D + Ex 0.90D - Ex 0.90D + Ey 0.90D - Ey
24.50 33.00 27.73 21.77 27.73 21.77 18.73 12.77 18.73 12.77
Por lo tanto se tiene: Pu = 33.00 Tn Nu = 12.77 Tn
(Compresión) (Tracción)
3.- Predimensionamiento Predimensionamiento del elemento Emplearemos la siguiente expresión para elementos sometidos a compresión axial:
K= L= r≥
1.00 500.00 2.500
cm cm
Se empleará el siguiente perfil: Perfil empleado Peralte Ancho Espesor del ala Espesor del alma Area del perfil Radio de giro en X Radio de giro en Y Resistencia a la fluencia del acero Resistencia a la rotura del acero Modulo de elasticidad del acero
W 44X335 D= 111.760 Bf= 40.640 tf= 4. 4 .496 tw= 2.540 Ag= 635.483 rx= 45 45.212 ry= 8.865 Fy= 36 Fu= 58 Es= 29000
cm cm cm cm cm cm cm² cm cm cm Ksi Ks i Ks i
4.- Verificación por compacidad compacidad sismica De acuerdo a los requermientos del AISC 341-5 se busca tener un elemento que sea sismicamente compacto compacto con el fin de evitar esfuerzos internos en el elemento. Se empleará la siguiente expresión para tubos rectangulares:
Bf= tw= λp= λps=
40.640 2.540 16.00 18.16
cm cm Sísmicamente Compacto
5.- Verificación por compresión compresión axial Se verificará la siguiente expresión para determinar la resistencia axial a la compresión:
11.06
<
133.68
Por lo tanto, emplearemos la siguiente expresión:
Fcr=
2503.83 Kg/cm2
φc.Pn=
Pu= Ratio:
Fe= 163818.60 Kg K g/cm2
1432.02 33.00 0.02
Tn Tn Conforme
6.- Verificación por tensión tensión axial Se verificará la siguiente expresión:
φt.Pn=
Nu= Ratio:
1,44 ,441.2 1.27 Tn 12.77 Tn 0.01 Conforme
7.- Diseño Diseño de la conex conexión ión 7.1 Resistencia requerida requerida por tensión en la conexión
Factor de esfuerzo a la fluencia esperada (tubos) Resistencia nominal requerida a la tensión Resistencia actuante a la tensión Por lo tanto, se tomará el menor valor:
Ry= Tu= Nu=
Pu= 12.77 Tn
1.40 2241.98 Tn 12.77 Tn
7.2 Diseño de la soldadura en la placa de refuerzo
D≤
33.22
sixt eent hs
(6) de 5/16 in Tipo: Soldadura a filete
Por lo tanto, se empleará lo siguiente:
7.3 Diseño de la longitud de soldadura
Numero de soldaduras empleadas Espesor de soldadura empleada Longitud soldada en la placa de refuerzo
N= D= Lw ≥
4.00 0.3125 1.68
in in
Por lo tanto, se empleará lo siguiente:
Lw=
10.00
in
Fexx= Aw=
70.00 8.838 126.66 12.77 0.10
Ksi in² Tn Tn
7.4 Verificación de la resistencia de conexión soldada
Resistencia a la ruptura en tensión del metal Area efectiva del alma Resistencia nominal a la conexión soldada Resistencia actuante a la tensión
φRnw=
Pu= Ratio:
Conforme
7.5 Diseño del espesor de la placa de refuerzo (Gusset Plate)
t min ≥ 0.0538 in Por lo tanto, se empleará lo siguiente:
t pb=
0.500
in
Np= h= s1= s2= ep=
4.00 1 1/8 0.188 3.38 1.97 0.50
in in in in in
Agv= Agt= Anv= Ant= Fu=
5.344 1.969 3.375 1.313 58
in² in² in² in² Ksi
Fu.Ant= 0.60Fu.Anv=
76.125 117.45
Kip Kip
7.6 Verificación de la falla por bloque de corte Se tiene la siguiente distribución de pernos y distancias:
Numero de pernos empleados Diametro de perno empleado Holgura para el perno empleado Distancia entre pernos Distancia del perno al borde de la plancha Espesor de plancha de conexión
φp=
Area total por cortante Area total por tensión Area neta por cortante Area neta por cortante Resistencia a la rotura del acero Verificación de parámetro por tensión Verificación de parámetro por cortante
<
Por lo tanto, se tiene:
Fluencia por tensión Fractura por cortante
Se empleará la siguiente expresión:
φRn= φRn=
Pu= Ratio:
141.24 64.27 12.77 0.20
Kip Tn Tn Conforme
Arriostres Arriostres W 44 x 335 Pernos Anclaje Corte Vu
=
1.10
Tn
=
2.42
m
=
4
(Numero de pernos)
Kips
Para pernos de 1 1/8" A307 Av
=
0.9940
in2
fv
=
0.61
Kip
=
17.90
Kip
Fv
(De Tablas)
OK, Fv > fv
Usar 4 pernos de 1 1/8"" A307 Conexiones Viga - Columna Corte Vu
=
2.60
Tn
=
5.73
m
=
4
(Numero de pernos)
Kips
Para pernos de 1 1/8" A325 Av
=
0.4418
in2
fv
=
3.24
Kip
=
22.40
Kip
Fv
(De Tablas)
OK, Fv > fv
Usar 4 pernos de 1 1/8" A325 Traccion Pu
=
1.76
Tn
=
3.88
m
=
4
(Numero de pernos)
Para pernos de 1 1/8" A325 Av
=
0.4418
in2
fv
=
2.19
Kip
=
22.40
Kip
Fv OK, Fv > fv
Usar 4 pernos de 1 1/8" A325
(De Tablas)
Kips
0.75 0.375
DIPLOMADO EN DISEÑO ESTRUCTURAL, NUEVAS TENDENCIAS E EDIFICACIONES URBANAS E INDUSTRIALES DISEÑO SÍSMICO AVANZADO TRABAJO DE INVESTIGACION 10.- ANALISIS SISMICO ESTATICO DE LA EDIFICACION 10.1.- CALCULO DEL PESO DE LA EDIFICACION Piso
Peso de Vigas (Tn)
Peso de Aligerado (Tn) Acabados (Tn) Tabiqueria (Tn) Placas (Tn) Columnas (Tn)
1 2 3 4
42.06 42.06 42.06 37.40
31.89 24.47 24.47 24.47
112.06 112.06 112.06 112.06
32.02 32.02 32.02 32.02
Peso
163.59
105.31
448.22
128.06
32.02 32.02 32.02 32.02
128.06
Total de Carga Muerta (Tn) 17.50 242.62 242.62 237.96
-
740.71
10.2.- CALCULO DEL CORTANTE BASAL V = ( Z.U.C.S / R ) . P T = hn / Ct C/R > 0.125 C = 2.5 ( Tp / T )
C < = 2.5 NORMA E030
Parametros
Valores
Z U S Rx = Ry Tp (s)
0.40 1.00 1.00 8.00 0.40
hn Ct T C calculado C asumido P ( Tn ) V ( Tn )
14.20 35.00 0.41 2.46 2.46 503.75 62.08
Descripcion Zona 3 ( Lima ) C, Edificaciones comunes Suelo Rígido (S1) Estructura conformada por porticos Factor que depende de "S" Altura total de la edificacion (mts) Coeficiente para estimar el periodo fundamental Periodo fundamental de la estructura Coeficiente de amplificacion sismica Coeficiente de amplificacion sismica Peso total de la edificacion Fuerza cortante en la base de la estructura
10.3.- DISTRIBUCION DE LA FUERZA CORTANTE EN ALTURA SISMO EN X
PISO 1 2 3
Pi
hi 19.38 19.38 19.38
Pi x hi 3.50 2.80 2.80
67.81 54.26 54.26
Pi x hi / ∑ (Pi x
Fi
hi) 0.048 0.038 0.038
Vi 2.98 2.36 2.36
61.96 58.98 56.62
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38 19.38
503.88
2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80 2.80
54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26 54.26
1,424.41
0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038
2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 2.36 61.96
54.26 51.90 49.54 47.18 44.83 42.47 40.11 37.75 35.39 33.03 30.67 28.31 25.95 23.59 21.23 18.88 16.52 14.16 11.80 9.44 7.08 4.72 2.36
2.36 54.26
2.36 56.62
2.36 58.98
2.98 61.96
Fuerzas Inerciales ( Fi )
Fuerzas Cortantes ( Vi )
SISMO EN Y PISO 1 2 3 4
Pi
hi
19.38 266.64 266.64 249.97
802.62
Pi x hi 4.30 7.60 10.90 14.20
83.31 2,026.43 2,906.32 3,549.59
8,565.65
Pi x hi / ∑ (Pi x
Fi
hi) 0.058 1.423 2.040 2.492
3.60 88.34 126.65 154.71 373.30
154.71 154.71
126.65 281.36
Vi 373.30 369.70 281.36 154.71
88.34 369.70
3.60 373.30
Fuerzas Inerciales ( Fi )
Fuerzas Cortantes ( Vi )
10.4.- MODELADO EN SAP (DESPLAZAMIENTOS)
brazo rigido
a) DESPLAZAMIENTOS Según Norma E030, se debe m ultiplicar 0.75R a los desplazamientos laterales (Considerado en el
las combinaciones)
SISMO X PISO 1 PISO 2 PISO 3 PISO 4
DESPLAZ X (Programa) en mm
En m
158.03 253.88 326.01 374.06
0.15803 0.25388 0.32601 0.37406
b) CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES (X,Y) real = 0.75 R (
software)
DESPLAZ Y SISMO Y (Programa) en mm PISO 1 PISO 2 PISO 3 PISO 4
129.88 193.24 239.33 267.74
i 1
i
H i
tg
E 030
i i 1
H i
SISMO X
Concreto armado Piso 4 =
4 3
3
2
H 3
Piso 2 =
Piso 1 =
2 1 H 2
1 H 1
0.0146
0.007
No cumple
0 . 007
0.0219
0.007
No cumple
0 . 007
0.0290
0.007
No cumple
0.0368
0.007
No cumple
0.007
0.009
0.007
No cumple
0 . 007
0.014
0.007
No cumple
0 . 007
0.019
0.007
No cumple
0.030
0.007
No cumple
0.007
H 4 Piso 3 =
0.007
0.007
SISMO Y
Concreto armado
Piso 4 =
Piso 3 =
Piso 2 =
Piso 1 =
4 3 H 4 3
2
H 3
2 1 H 2
1 H 1
0.007
0.007
c) RESULTADOS MAXIMOS
COMUN SISMO X+
X max (edificio) Y max (edicicio) Z max (edificio) N max V max M max
COMUN SISMO Y+
374.06 mm
-
-
267.74 mm
-
-
16.01 Tn
16.13 Tn
13.43 Tn
13.05 Tn
45.13 Tn-m 40.57 Tn-m
SISMO X
axial maximo sismo X = 16.01 Tn
cortante maxima sismo X =13.43 Tn
Momento maximo sismo X = 45.13 Tn-m
SISMO Y
axial maximo sismo X = 16.13 Tn
cortante maxima sismo X =13.05 Tn
Momento maximo sismo Y = 40.57 Tn-m
N
Total de Carga Viva (Tn)
Porcentaje de Carga Viva a Considerar (Tn) 25%
7.50 96.05 96.05 48.02
1.88 24.01 24.01 12.01
247.62
61.91
Peso Total CM+CV (Tn) 19.38 266.64 266.64 249.97
802.62
503.75
programa con
En m
0.12988 0.19324 0.23933 0.26774
Ejemplo que rige en el D.F.
(ya tiene tiempo que deje Morelia pero es en un 99% similar al del DF), por lo cual planteo lo siguiente:
I.CM=carga muerta CV=carga viva maxima CVR=carga viva reducida = ac or e compor amen o s smco
SX=fuerzas sismicas en dir. “X” SY=fuerzas sismicas en dir. “Y”
II.Para Obtener los desplazamiento en la Se aplican a la estructura la combinació 1.1(CM+CVR+SX+0.3SY)
( Para Obtener los desplazamiento en l
Se aplica la combinación: 1.1(CM+CVR+SY+0.3SX) )
III.Checando los desplazamientos del aná Si el coeficiente sismico del analisis fue Aplicando el factor de comportamiento Se debera multiplicar los desplazamient Ejemplo: Por decir, en el nivel N+5 se tiene El Desplazamiento X1 , entonces el Desplazamiento definitivo sera a=X1 (Q
Lo mismo para el nivel inferior por decir Ejemplo desplazamiento en este nivel X2 Desplazamiento definitivo b=X2 (Q)
Finalmente la diferencia de desplazami La divides entre la altura del entrepiso (
Y obtienes la deriva en este nivel ejemplo a-b/ h1 =(f ) Este (f) lo comparas con el admisible Y si es menor al admisible …correcto !! y se termina el Proceso de la vericacion y para la direccion “Y”, se repite el proc
ANEXO.Para estructuras de mampostería el des En entrepisos es de h1 x 0.006 Ejemplo h1=2400 mm. ; 2400x0.006=4.8 mm.
