DISEÑO EN ACERO CON SAP.pdf

DIPLOMADO DE ESPECIALIZACION INTRODUCCION AL ANALISIS AVANZADO

CSi CARIBE - DISEPRO EIRL

INTRODUCCION AL ANALISIS AVANZADO

autor: Ing. Jorge Cabanillas Rodriguez, MSc

CAPITULO N°01 DISEÑO DE NAVE INDUSTRIAL CON COBERTURA METALICA Y CERRAMIENTO CONTINUOS EN UN AREA DE 20m x 30m En este capítulo vamos a diseñar una estructura cuyo material predominante es el acero A-36, para este fin usáremos el software SAP2000V16, las cargas impuesta será por el peso propio de las secciones computadas desde los materiales; la sobrecarga distribuida sobre las vigas principales y secundarias; así como la acción del viento y sismo. La geometría en planta, y elevación es como se muestra a continuación Usando la herramienta de SAP2000 se procede a realizar este proyecto en cuatro etapas: 1.- Modelo Matemático 2.- Cargas 3.-Análisis 4.- Diseño de elementos que conforman la estructura

1.- MODELO MATEMATICO En esta primera sección se tiene que fijar la disposición y tamaño inicial de los elementos que configuran la estructura principal, de tal manera que después de incluir las cargas nos permita iniciar un análisis interactivo hasta la optimización de los elementos en el proceso de Diseño. Seleccionar las unidades en el sistema internacional S.I.; luego generar las grillas de dibujo según la geometría en planos de distribución en planta y elevación; así tenemos:

Selección Selección de Un idades (S.I .)

Selección Selección solo gri ll as y edición de texto

Luego vamos a editar la altura de la grilla en el eje Z; el tamaño de la burbuja que identifica a los ejes, activamos el comando de edición haciendo clic derecho del mouse en cualquier ubicación de la pantalla de trabajo del SAP2000, luego en Modify/Show System corregimos System corregimos la altura de Z2 en 2.50 m, seleccionando la opción por espaciamiento (spacing), se muestra el esquema con los pasos a seguir:

Cuadro de acciones acciones a seguir seguir para modifi car la altur a de la gri ll a en en el eje Z2 INTRODUCCION AL ANALISIS AVANZADO


La vista a usar será la seleccionada en view con la opción 2D, buscamos una elevación en la pantalla de la izquierda en el plano XZ y posición Y=0

Comando Vi ew/ Set Set 2D Vi ew vista vista fr ontal sobre eje eje 1-1

1.1 Definir Materiales.- Después de guardar el archivo con un nombre vamos a la definición de materiales a usar; en el menú desplegable con la opción Define/Materials opción Define/Materials ingresaremos ingresaremos los siguientes datos:

Concreto:

           √             Coeficiente de deformación transversal (coef. poisson)   

Cuadro de dialogo dialogo para defi defi ni r el material Concreto Concreto



Acero A-36:

                 Coeficiente de deformación transversal (coef. poisson)   

Cuadro de dialogo dialogo para defi defi nir el material Acero Acero A -36

Aluminio:

                 Coeficiente de deformación transversal (coef. poisson)   

Cuadro de dialogo para para defi defi nir el material Al umin io



1.2 Propiedades de Secciones.- vamos a definir las secciones que usaremos en este proyecto; vamos import ar de la base de data del programa las secciones I/Wide Flange; la encontraremos en el archivo Secion.pro

Columna W18x60 – W18x106 W18x106

Aut o L ist Vi gas W12x14 hasta W12x35


L ist Corr eas W6x9 hasta W6x25


Se define tres secciones: Columnas (list W18x60 a W18x106), Vigas (vigas principales de los pórticos) donde la sección es una lista de perfiles desde la W12x14 hasta la W12x35; del mismo modo hacemos definimos las correas (list W6x9 – W6x9 – W6x25) W6x25)

Columna W18x60 – W18x106 W18x106

Aut o L ist Vi gas W12x14 hasta W12x35


L ist Corr eas W6x9 hasta W6x25


1.3 Draw/ frame.- En la ventana de la Izq (elevación) vamos a generar las columnas con la seccion definida en el paso anterior.

Generamos Generamos las vigas, seleccionando seleccionando en en Dr aw lin e Section Section V I GAS (Au to Li st) conti nua a momento momento

Asignamos las restr restr icci ones en la base de la colum na; completamos el pórt pórt ico en el eje 1 INTRODUCCION AL ANALISIS AVANZADO


La longitud de la Viga podemos observarla haciendo clic derecho sobre el elemento; en nuestro caso es L=10.30m, para dividir este elemento se va a usar la relación entre el primer segmento y el último segmento, la división de este frame obedece a que vamos a generar una correa a 0.30m desde la cumbrera donde colocaremos la primera correa longitudinal. Así la relación será L1=0.30m / L2=10.00m =0.03

Seleccionamos Seleccionamos el eleme elemento nto dividi do y con cl ic izq. del del mouse obs observamos ervamos la lon gitu d 0.30m Luego seleccionamos las dos vigas y las dividimos en 08 segmentos de igual dimensión; esto quiere decir que la relación entre el primer elemento a dividir y el ultimo será = 1, porque tendrán la misma longitud. En estos nudos generados se va a generar las correas longitudinales a lo largo del eje paralelo a Y-Y; estos elementos se conectaran a la viga principal a corte por eso es necesario liberarlos a momento.

Se borró la viga de lado derecho y se usó el comando Replicate, para generar la viga principal con las divisiones del paso anterior para que a partir de estos nudos se pueda generar las cor reas.



1.4 Edit / Extrude/Extrude points to frame/cables.- A partir de la selección de nudos producto de la división del frame VIGAS vamos a seleccionar los nudos de la viga derecha e izquierda (serán 16 nudos seleccionado) y vamos a generar con el comando extrude desde point a frame las correas longitudinales del proyecto; como se muestra en el cuadro de dialogo, seleccionamos OK.

1.5 Edit lines/join frames.- Antes de replicar los pórticos a los demás ejes, vamos a unir las vigas principales; esto solo sirvió para generar las correas a lo largo de Y-Y, en el siguiente cuadro se esquematiza esta opción.



1.6 Edit / Replicate/ Linear.- Con el comando Replicate/linear, vamos a generar los pórticos en las posiciones finales; equidistante 6m paralelo al eje Y-Y 5 veces sin eliminar los objetos seleccionados

Luego vamos a ubicar 02 nudos por debajo de los extremos de la viga principal a una distancia de 1.00m por debajo de la posición inicial de la viga; con esto lograremos hacer las vigas de conexión longitudinal, en algunos proyectos esta viga se denomina viga carril y puede ser diseñada para cargas de un puente grúa con una carga móvil.



1.7 Section Properties.- en este comando vamos a definir la cobertura de aluminio usando la opción membrana para transferir las cargas sobre los elementos de apoyo; correas y vigas. Después de definir la sección usaremos la opción extrude desde cobertura total de este proyecto


las vigas principales para generar la


1.8 Extrude / Extrude Lines to Areas.- para generar la cobertura seleccionamos los frame viga; a partir de ellos realizamos la extrusión de líneas a áreas; escogiendo la sección definida en el punto anterior (cobertura) con un intervalo de 6m y un número de repeticiones de 5; sin eliminar los objetos fuente que nos sirve de apoyo para generar el techo.

1.9 Assign / Area / Reverse local 3.- después de generar los techos en la gama de colores (activando en el cotejo la opción fill objects) observamos que producto de la extrusión, el eje local 3 de la cobertura en el lado derecho esta invertido; con este comando podemos revertir el eje local 3, en un giro de 180° alrededor del plano que forman los ejes locales 1-3, como se muestra en la figura.



1.10 View/ Set Display Options.- activar la opcion General / Extrude View

Vi sta de la nave en en 3d con extru sión Se observa que las correas tienen orientación en dirección de la gravedad; lo que deseamos es que las correas sean perpendicular a las vigas principales; es decir tenemos que hacer paralela los ejes locales de 1 y 3 de las vigas principales y las correas, respectivamente.

El eje local 3 de la corr ea se se igual ara ar a al eje ej e local 1 de la vi ga pri pr i nci pal , en el el ítem 1.11 descr describi ibi r é l os pasos pasos



1.11 View/ Set Display Options, se va a seleccionar en una vista 3D View X-Z con apertura 0; esta vista permitirá ver todas las correas solapadas en un nudo; es decir al seleccionar estos nudos to das las correas que están detrás en cada posición quedaran marcadas; haciendo un cross windows vamos a tomar todas las correas de la izquierda y le asignaremos un grupo; del mismo modo deben de realizar estos pasos para las correas que se ubican al lado derecho del pórtico.

Selección Selección de correas ubicadas a la i zqui zqui erda del del pórt pórt ico

Se ha nombr n ombr ado a las corr eas dentr o de un grupo gr upo Cor r ea I zq, la fi nal idad es poder sel sel eccionar las a tr avé s de es este gru po y asífaci li tar el tr abajo con la igual ación de los ejes ejes locales; locales; hacer l os mismos pasos pasos para para las corr eas del del l ado derecho derecho (gru po: Cor rea Der)



1.12 Select/ Groups…, este comando es usado para seleccionar por grupos todos los elementos que se han nombrado dentro de un determinado grupo; en nuestro caso seleccionaremos las correas del grupo de la izquierda (grupo: Correa Izq)

1.13 Assign/Frame/ Local Axes, con las correas de la izquierda seleccionada vamos a igualar los ejes de las correas y las vigas principales de tal manera que estos quedaran perpendiculares entre si. (Hacer estos pasos con los elementos de la correa de lado derecho). Previa visualización de los joint label (etiqueta de los nudos), seleccionamos la opción Advanced Axes; el plano formado por los eje locales 1-3; 1 -3; y el vector que se especifica para este plano será definido a través de dos nudos (por eso es importante saber las etiquetas de los nudos); dicho vector se encuentre en la viga viga principal (en dirección del local axes 1 de esta viga); es decir lo especificamos con el nudo 9 y el nudo 10



Se obse obser va que los local axes 1(de la viga) y el el 3(de las correas der) der) son son par alelas; por lo t anto ambos elementos ser ser án perpendi cul ares ar es entr e sí sí; hacer los mi m i smo pasos par a l as corr eas de la derecha.

1.14 Edit/Move, vamos a incluir pedestales en la parte inferior de las columnas; estas están a 1.50m de la ubicación Z=0 . En una vista 3DView en el plano YZ apertura 0 vamos a seleccionar todos los nudos de la base de la columna y usando el comando Edit/Move, ingresamos en z=-1.50



1.15 Edit Lines/ Divide Frames, seleccionamos las columnas y dividimos con el grid plane XY visibles en Z

Seleccionar Seleccionar las column as y dividi r con r especto pecto al gr id pl ane XY visibl e en Z

1.16 Pedestal, se va incluir una nueva sección de concreto; (0.40x0.40) para asignarla como pedestal en las columnas metálicas.

1.17 Releases, las correas están conectadas a corte; seleccionándolas vamos a usar el comando Releases/Partial Fixity… liberamos las correas a torsión en el inicio y a Momento alrededor de los ejes 2-2 y 3-3 en el inicio y el final del elemento.



1.18 Draw Braces, colocaremos Braces en los ejes A y C con secciones W 12x14 con conexión pinned; corregimos los ejes en Z y ubicamos una grilla en Z=5.5

1.19 Select y rotar local axes, seleccionar los braces y rotar los local axes en 90°.



1.20 Tensor, agregarnos los tensores en el techo de la nave.



Tensor es en la n ave

Repli Repli ca de Tensores en el el span posterior posterior y M odelo odelo F in al de la N ave



2.0 CARGAS Se tiene que pensar, ante todo, que la determinación de las Cargas que actúan no pueden ser exactas en magnitud y en ubicación, aun cuando se conozca la exacta posición de las mismas y su magnitud, la interrogante es como se trasmiten las cargas a los apoyos de los elementos; muchas veces son necesarias las suposiciones que ponen en duda el sentido de la exactitud buscada, de esta manera vamos a definir solo algunas de las cargas más conocidas.

2.1 Carga Muerta, es una carga de gravedad cuya magnitud y ubicación podemos considerarlas fijas; se usara en este proyecto las cargas permanentes tomadas desde los pesos de los elementos que conforman la estructura definida como DEAD y para las cargas que se encuentran adheridas a ellas como tuberías, conductos de aire, luminarias, acabados, cielo raso suspendido, etc será definida como SUPERDEAD. En la práctica los Reglamentos vigentes proporcionan tablas que ayudan al diseñador a cuantificar estas magnitudes. Para la Súper Carga Permanente SUPERDEAD usaremos = 20kg/m2 y será aplicada a la cobertura tipo membrana

Seleccionar Seleccionar l a cobe cobert rt ur a y asign asign ar l a sú súper per car ga muerta aprox 20kg/m2; otr a alternati va es es distri bui r l a carga super super muert a dir ectamente ectamente a los elementos elementos de de maner maner a distri bui da.



2.2 Carga Viva, es aquella carga de gravedad que actúa sobre la estructura cuando esta se encuentra en servicio; puede variar en ubicación como en magnitud a lo largo de la vida útil. Live = 30kg/m2

Seleccionar Seleccionar l a cobe cober tur a y as asi gnar l a carga viva 30kg/m2. 30kg/m2.

2.3 Carga de Viento, toda estructura está sujeto a la acción del viento; mas aun cuando se encuentran en zonas donde la velocidad del viento es significativa, o son más vulnerable a los efectos aerodinámicos. En el caso de estructuras de acero, por su peso propio relativamente bajo y grandes superficies expuestas a la acción del viento; estas pueden ser más importantes que las cargas debidas al sismo. Aunque el viento tiene naturaleza dinámica, es satisfactorio tratar al viento como una carga estática, siendo esta presión la que desarrolla la siguiente ecuación:

       Donde:

                                                                                                         



Considerando la dirección del viento en dirección del eje X-X ( 

El coeficiente de presión    Coeficiente de presión exterior (

 

 

 a

Barlovento: presión: 0.9, succión:-0.6; a Sotavento: presión -0.5 ,

succión : -0.7; muro frontal: -0.7; muro posterior: -0.7 Coeficiente de presión interior ( 

 si la construcción no tiene abertura se tomara     

El coeficiente de ráfaga:    Acción Dinámica     = 0.005      VIENTO TRANSVERSAL EN DIRECCION DE X-X COEFICIENTES DE PRESION Los coeficientes de presión exterior son: En los Muros a barlovento C1; frontal y posterior C2 ; a sotavento C3 C1=0.90 ; C2=-0.70 ; C3=-0.5 Para el Techo 

 

Superficie a Barlovento C4=-0.6 Superficie a Sotavento C5=-0.7 Como la estructura se considera cerrada , las presiones interiores se tomaran con el coeficiente de presión interior (  más desfavorable.      El efecto combinado de las presiones exteriores e interiores se toma aplicando: C1 = 0.90-(0.3)=+0.6 ó C1=0.9-(-0.3)=1.2

C1=1.2

C2 = -0.70-(0.3)=-1.0 ó C2=-0.7-(-0.3)=-0.4

C2=-1.0

C3 = -0.50-(0.3)=-0.8 ó C3=-0.5-(-0.3)=-0.2

C3=-0.8


  

 


C4 = -0.60-(0.3)=-0.9 ó C4=-0.6-(-0.3)=-0.3

C4=-0.9

C5 = -0.70-(0.3)=-1.0 ó C5=-0.7-(-0.3)=-0.4

C5=-1.0

PRESIONES Las presiones se calculan aplicando:

  

                                                 

      

Asignación de la presión P1; esta es asignada directamente a las columnas de manera distribuida; la presión calculada es multiplicada por el área tributaria del cerramiento; las columnas interiores tendrán 2veces el área tributaria que las columnas exteriores; las cargas distribuidas en el interior es: 18x6.0 =108 kg/m y las extremas será 54 kg/m dirección X-X

Asignación de la presión P2; esta es aplicada a las columnas en dirección de Y-Y según el área tributaria del cerramiento frontal y posterior; también se asigna carga de viento distribuida lineal a las vigas principales del pórtico frontal y posterior; en dirección Y-Y 150kg/m en la columnas y 18.75 kg/m en las vigas ; no olvidar seleccionar la opción agregar cargas para sumar a las otras ya impuesta.

Asignación de la presión P3; esta es asignada directamente a las columnas de manera distribuida; la presión calculada es multiplicada por el área tributaria del cerramiento; las columnas interiores tendrán 2veces el área tributaria que las columnas exteriores; las cargas distribuidas en el interior es: 12x6.0 =72 kg/m y las extremas será 36 kg/m dirección X-X



Asignación de la presión P4; esta es asignada directamente a la cobertura en ubicación a barlovento succión.

Asignación de la presión P5; esta es asignada directamente a la cobertura en ubicación a sotavento succión.



Di splay de cargas por por vi ento en en di rección X-X .

VIENTO LONGITUDINAL EN DIRECCION DE Y-Y COEFICIENTES DE PRESION Los coeficientes de presión exterior son: En los Muros frontal C6 en dirección de Y-Y; en el posterior en dirección Y-Y C8 ; en los muros laterales C7 (perpendicular al eje X-X) C6=0.90 ; C7=-0.70 ; C8=-0.5 Para el Techo Superficie C9=-1.0 Como la estructura se considera cerrada , las presiones interiores se tomaran con el coeficiente de presión interior (  más desfavorable.      El efecto combinado de las presiones exteriores e interiores se toma aplicando: C6 = 0.90-(0.3)=+0.6 ó C6=0.9-(-0.3)=1.2

C6=1.2

C7 = -0.70-(0.3)=-1.0 ó C7=-0.7-(-0.3)=-0.4

C7=-1.0

C8 = -0.50-(0.3)=-0.8 ó C8=-0.5-(-0.3)=-0.2

C8=-0.8

C9 = -1.00-(0.3)=-1.3 ó C9=-1.0-(-0.3)=-0.7

C9=-1.3

  

 

PRESIONES Las presiones se calculan aplicando:

  

                 INTRODUCCION AL ANALISIS AVANZADO

      


                      Asignación de todas las presiones en dirección longitudinal es similar a la asignación en dirección transversal.

Di splay de car car gas por vi ento en en di r ección Y-Y.

2.4 Carga de Sismo, los terremotos producen movimientos horizontales y verticales; los movimientos horizontales son los que generan en las estructuras los efectos más significativos; cuando la interacción suelo estructura se activa, la inercia de la masa de la estructura tiende a resistir este movimiento; la filosofía de este análisis sísmico tiende a estimar la fuerza a partir de un porcentaje del peso de la estructura; este porcentaje es llamado coeficiente basal y la fuerza dependerá de la ductilidad o liberación de energía que se estime o se asigne a este tipo de estructura; en este proyecto solo vamos a estimar la fuerza sísmica lateral para determinar si es mandatorio en el diseño; los pórticos en X-X serán con uniones dúctiles a momentos (R=9.5) y en el eje Y-Y arriostrado en cruz (R=6.0); no evaluaremos desplazamiento lateral relativo (Dritf). Coeficiente Basal

   

Z=0.4g U=1.0 S=1.2 Tp=0.60 seg T estructura = 0.71 seg C= 1.40  = 9.5    

 = 6.0     Por lo tanto la fuerza por carga de sismo será 


     y      


Algunos detalles del proyecto: Conexiones en los Pórticos a Momento

Un i ón r ígida median te placas pl acas ator ni ll adas.

Apoyo rígido de colum na

Un ión r ígida gi da median te placas soldadas.

Apoyo semi semi art icul ado

Conexiones en corr corr eas con: col umn a y vigas



3.0 ANALISIS DE LA ESTRUCTURA Para determinar las acciones internas en los miembros de las estructuras se tiene que analizar las mismas para todos los casos de cargas aplicadas; la estructura debe comportarse de acuerdo a las leyes de la Mecánica. El análisis será elástico, sabiendo que la misma puede incursionar en deformaciones inelásticas. 3.1 Opciones de Análisis y los casos de carga a evaluar

3.2 Periodo de la estructura y participación de masa; forma de modo

Per Per iodo de la estr estr uctu ra 0.71seg 0.71seg dir ección ección X-X parti ción de masa 89%, es es la f orm a natur al de vibr ación. 3.3 Evaluación de repuesta sísmica 3.3.1 Peso de la Estructura; hacemos la combinación para leer el peso de la estructura; luego usando la opción Display/Show Tables seleccionamos la combinación a mostrar.



El Peso Peso de la estr estr uctu ra es 129.24Tn; el cortan te por sismo es es:

    y     

3.3.2 Las respuestas por Sismo en dirección X-X y en dirección Y-Y nos presenta el cortante en la base de la estructura de 7.92Tn y 12.45Tn respectivamente, lo mostramos a continuación.

Respuesta Respuesta por Sismo en ambas di r ecciones, que es el esperado. esperado. 3.3.4 Reacción en la base debido a Sismo y Desplazamiento Absolutos en la zona alta de los pórticos en ambas direcciones.

L as reacciones de los pórt pórt icos en en di rección X-X son son pr oporci onales a su r igi dez dez lateral en di cha dir ección ección F x=0.65 T n qu e mult ipl icado por 12 apoyos apoyos tendr tendr íamos el el cortan te en en X -X .



L as reacciones reacciones de los pórt pórt icos en en di rección Y-Y, los pór pór ti cos 1 y 2 son l os que mayor fu erza erza debido al SISM O absorben, absorben, esto esto se debe debe a la ubi cación (no h ay diaf ragma).

L os desp desplazamientos lazamientos laterales debido debido a l a in teracción suelo suelo estr estr uctu ra son son m enores a 1 cm. 3.4 Evaluación de repuesta por acciones de viento, a) Reacción en la base

L as reacciones debido debido a Viento es: es: Rx =5.4Tn , Ry=4.35Tn y Rz=11.35 Rz=11.35 Tn



b) Desplazamientos laterales y en la cumbrera; seleccionamos un nudo del pórtico a evaluar; después seleccionaremos un nudo en la cumbrera.



4.0 DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES 4.1 Miembros a Tracción.- para asegurar un buen comportamiento de los miembros a tracción en sus conexiones debemos de aplicar un Factor de Resistencia ɸ =0.75 por la inseguridad del comportamiento de las conexiones. Se puede expresar la Resistencia Nominal de Miembros en Tracción:  presentándose 2 casos: a)

Limite de fluencia (f) en la sección total

     donde:  punto de fluencia del acero y

 área total de la sección transversal. b)

Limite de fractura (r) en la sección efectiva      donde:  esfuerzo de fractura en la sección neta o efectiva  área neta o efectiva (quitando las aberturas de los pernos) en la sección transversal. Considerando el Factor de Resistencia el diseño en cada caso (a) y (b) será:          Caso (a)

         

Caso (b) c) Relación de esbeltez de Miembros a tracción: L/r; aunque estos no están sujetos a pandeos, las especificaciones establecen que L/r no deben exceder 300. (excepto para varillas), la razón es para facilitar la fabricación y montaje, así como evitar las ondas por calor, se requiere incluso una relación de esbeltez menor en miembros que estarán expuestos al viento o a que su propio peso le ocasione flexión o a vibración externa.

4.2 Miembros en Compresión Axial.- la Resistencia de estos miembros no solo depende se las cargas aplicadas, también depende de su longitud efectiva y de la forma de la sección transversal. La longitud efectiva depende a su vez de los tipos de conexiones (a momento o corte), del desplazamiento relativo de sus nudos y del arriostre existente. Si la carga axial a compresión aplicada a un miembro crece; este puede sufrir deformación transversal llamada PANDEO, la carga crítica se denomina Carga de Pandeo. a) b) c) d)

Excesiva Flexión.- alrededor de uno de los ejes de su sección transversal, llamado eje critico; llamado Pandeo Flexional (Pandeo de Euler         ) Rotación.- alrededor del centro de corte de la sección transversal; llamado Pandeo Torsional. Combinado.- la que combina ambos casos denominado Pandeo Flexo-torsional. Pandeo Local.- los elementos placas que componen la sección transversal (alma) sufren deformaciones excesivas causando perdida en la resistencia de los miembros en compresión axial, luego de un pandeo global se observa que ha ocurrido pandeos locales a lo largo del miembro, por lo que se intuye que el pandeo local siempre acompaña al paneo global.

También existe influencia en el comportamiento de miembros en compresión axial los esfuerzos residuales, el punto de fluencia del material, las condiciones de borde y la linealidad inicial de los elementos.

4.2.1 Pandeo Flexo-Torsional.- cuando los miembros están sujetos a compresión axial, éste puede pandear en tres formas diferentes: 1) Pandeo alrededor de alguno de sus ejes principales (pandeo puro), 2) Pandeo torsional y 3) Pandeo Flexo-Torsional.



Nota.- para secciones con doble simetría (secciones W, HB, IPE, etc) solo pueden tener pandeos flexionales (llamado de Euler) o pandeos torsionales; si los apoyos o conexión lateral intermedia impide la rotación trasversal entonces el pandeo flexional será controlado. Se recomienda consultar las especificaciones del AISC-LRFD para pandeo Flexo-Torsional, en elementos de doble simetría, unisimétricas y no simétricas.

4.2.2 Factor de Longitud Efectiva.- este factor toma en cuenta la longitud real de pandeo de un miembro y está influenciada por el grado de restricción o desplazamiento de sus extremos. Por ejemplo en elementos articulados el factor de longitud efectiva K =1 (tomara toda la longitud); en elementos cuyo extremo esta empotrado o restringido y el otro articulado el factor de longitud efectiva K=0.7 (tomara 0.7L de la longitud); si fuera ambas empotradas K=0.5; miembros con un extremo empotrado y otro completamente libre K=2.0. Ahora si consideramos un sistema estructural tenemos: Un pórtico que sus extremos se pueden desplazar unos con respecto a otros, pórtico con desplazamiento lateral y otro pórtico sin desplazamientos, con arriostres en cruz por ejemplo. El primero la estabilidad dependerá enteramente de la rigidez flexionante de la columna, viga y nodos; siendo su longitud de pandeo K≥1.0, mientras que en el segundo caso debido al arriostramiento que impide el desplazamiento la longitud efectiva será menor o igual a la longitud real K≤1.0. K≤1.0.

4.2.3 Relación de Esbeltez Máximas.- para miembros cuyo diseño se basa en esfuerzos de compresión, la relación de esbeltez KL/r debe ser menor a 200; esta relación se introdujo antes que apareciera el factor de longitud (K) lo cual hiso confusa su interpretación; ya que los valores de K daba especial cuidado a la estabilidad de las columna; sin embargo los elementos en compresión no deben sobrepasar la relación     

4.3 Incluir a los elementos que están liberados de Momentos en ambos ejes; estos solo se conectaran a corte; los miembros seleccionados serán: correas, arriostres y tensores.



4.4 En las correas sobre su eje menor el ratio por arriostramiento será K=0.5(a flexión y a torsión), asumiendo que estas tendrán arriostres en cruz (cruz de San Andres) a la mitad de su longitud, (esto no modelado). Los arriostres en cruz el eje 2-2 debido a la conexión en el centro impide el desplazamiento longitudinal su longitud efectiva en el eje menor será K=0.5; seleccionando estos miembros asignamos con el comando Steel Frame Desing / View / Revise Overwrites

T ambi amb i é n debemos in di car que qu e estos estos mi m i embr os no está están di señ señ ados a M omento omen to ( OM F )

Unbraced Length Ratios (Major): Program Determined longitud no arriostrada, es el factor de longitud efectiva sin soporte lateral (arriostre o braced) para pandeo sobre el eje principal o eje mayor. En este ítem podemos especificar en % la longitud arriostrada no modelada que será multiplicada por la longitud del elemento sin arriostre; un valor = 0 especifica que el programa lo determinara. Para secciones simétricas el pandeo sobre el eje mayor debido a la flexión es alrededor del local axes 3 (revisar centro de corte en elementos de doble simetría donde se puede experimentar pandeo flexional o flexo torsional) Para secciones unisimetricas como ángulos, doble ángulos, canales, perfiles T, etc. el pandeo sobre el eje mayor debido a la flexión es alrededor del eje principal de dicha sección con mayor momento de inercia.

Unbraced Length Ratios (Minor):0.5 longitud no arriostrada; es el factor de longitud de pandeo alrededor del eje menor del elemento. En este ítem podemos especificar en % la longitud arriostrada no modelada que será multiplicada por la longitud del elemento sin arriostre; un valor = 0 especifica que el programa lo determinara. Para secciones simétricas el pandeo sobre el eje menor debido a la flexión es alrededor del local axes 2. Para las secciones asimétricas (por ejemplo, ángulos) el pandeo sobre el eje menor debido a la flexión se da alrededor del eje principal de la sección con el menor momento de inercia.

Unbraced Length Ratios (LTB Length-Bending-Torsional):0.5 factor de longitud no arriostrada para pandeo flexo-torsional debido a la compresión axial. Este item se especifica como una fracción (%) de la longitud total; este factor multiplica a la longitud del elemento sin arriostre (longitud total).



4.5 Steel Frame Design / View Revise Preferences, seleccionamos el código de diseño y parámetros a usar: Framing Type especifica las consideraciones de ductilidad que se usara en el diseño (ya se especifico cuales son los miembros que no será mandatorio el sismo correas, arriostres, tensores.) Para el diseño del Pórtico en dirección X-X usaremos la opción SMF (Pórtico con uniones dúctiles Especial a Momentos); los demás elementos serán OMF (Ordinary Moment Frame).

Un Sistema tipo “SMF” “Special Moment Frames” el SAP2000 hace las siguientes verificaciones: 1) Los perfiles para las Vigas y Columnas son Compactos Sísmicos 2) Las vigas posean adecuado soporte lateral 3) El criterio Columna Fuerte-Viga Débil en cada junta, de una manera simplificada considerando un valor de sobreresistencia (Ry). 4) Las planchas de refuerzo en l a Zona del Panel.

4.6 Método de Análisis Directo (DAM), El DAM elimina la confusión y la falta de coherencia en la aplicación de los factores K en el diseño convencional, y puede dar lugar a un diseño más económico. Las longitudes equivalentes se basan en el supuesto a menudo excesivamente conservador para desplazamiento lateral por pandeo en una estructura elástica simplificada, que comúnmente resultan en factores K de 2 a 3 o mayor.

Criterios: 1. Considere la posibilidad de deformaciones debido a la flexión, cortante y axial en los elementos. Estos requisitos se contabilizan automáticamente en todos los software de análisis de CSi: ETABS, SAP2000 y CSiBridge.

2. Reducir la rigidez del elemento debido a la falta de elasticidad, incluyendo la tensión residual, e incluir el efecto de esta reducción de la rigidez en el análisis de la estructura . Esto se completa automáticamente en SAP2000 ETABS, y CSiBridge.



3. Computa las imperfecciones geométricas, como la verticalidad (alineamiento vertical), que SAP2000 ETABS, y CSiBridge se han automatizado a través de su notación: lateral load case/load pattern definition.

4. Realiza un riguroso análisis de P-delta no lineal que considera los efectos de la influencia (efectos de carga en una estructura que ya se ha desplazado lateralmente) y los efectos Pdelta locales de cargas en la forma deformada de los miembros individuales. Ambos requisitos se consideran automáticamente en SAP2000 ETABS, y CSiBridge. a)

Design Code, especifica el código de diseño y parámetros que se usaran en el mismo se activo en menú menú > Preferences > Steel Frame Design. especifique especifique AISC360-05/IBC2006.- código y método de reducción de rigidez con el fin de garantizar que las combinaciones de carga automáticos son adecuados.

b) Reduction factors, a la sección IE y EA se aplican de forma automática por el programa si se selecciona la opción DAM (Direct Analysis) Tau-b variable o Tau-b fixed. Para el análisis inicial (Analyze Run), no se utilizan los factores de reducción. Sin embargo, tan pronto como un diseño se ejecuta (Star Steel Frame Design) l os factores de reducción se utilizan y se mantienen en el modelo. Esto significa que la primera vez que el modelo es analizado y diseñado, el usuario debe iterar entre el diseño y el análisis al menos una vez adicional. Posteriormente, tanto el análisis y diseño tendrán factores de reducción aplicados automáticamente.



4.7 Steel Frame Design / Select Design Combos, en opción seleccionamos el estado límite para generar las combinaciones de diseño; será por Resistencia y Deflexión, puede generarse de manera automática o se puede generar de manera particular (si desea editar o generar las combinaciones para diseño use la opción Define/ Load Combinations / Add Default Design Combos o Add New Combo …

4.8 Design / Steel Frame Design / Star Design, primera iteración sobre el diseño de secciones en acero.

4.9 Verify Analysis vs Design Sections, el diseño y la optimización de las secciones se realice de manera iterativa; esto es seleccionando los miembros a optimizar se vuelve a analizar la estructura y posterior al diseño.



En la siguiente i teración solo 4 secciones ecciones se se podrán optimi zar o mejor ar

En la tercer a i teraci ón en mensaje r efi ere a que el an ál isis isi s y diseñ o de secciones secciones coinci de y no h ay mas secciones secciones a optimi zar zar (del auto li st seleccionado) seleccionado)

4.10

Revisión de secciones diseñadas, si bien hemos logrado optimizar las secciones definidas como

auto list, los braced (arriostres) no fueron consideradas con esta característica, nos tocara mejorar la sección con otra opción llamada overwrite, (sobre escribir otra sección).



Veamos algunas secciones diseñadas: 1.- Viga Principal del Pórtico: Sección de Análisis y Sección de Diseño.

Se observa la combinación de diseño, la ubicación, Mto. (ratio D/C axial B eje mayor mayor B eje menor) y Corte (ratio D/C corte eje mayor y menor) Ok Details.- observamos la plantilla de detalle sobre el diseño de este elemento



2.- Columna de Pórtico: Sección W18X97

En algunos elementos verticales tendremos mensajes de aviso: Se debe comprobar el refuerzo en la conexión entre viga – viga – columna columna por ser un pórtico con conexión dúctil

3.- Correas W6x9 con conexión a corte:



4.- Arriostres: sección W12x14

Se Observa que los arriostres están sobre esforzados; como estos elementos no fueron asignados en una lista el programa no pudo realizar optimización alguna, debemos mejorar este elemento de manera manual

La Capacidad del elemento es menor menor que la Demanda, se tendrá que cambiar cambiar de sección usando la opción overwrite; también observamos una alerta en la relación de esbeltez; este valor es KL/r donde: K=0.5 (longitud arriostrada en 2-2 eje menor) L=8.139 m (longitud del elemento braced sin corte)

 = 0.020 (radio de giro del lado menor) por lo tanto KL/  =203 < 220 habiendo sugerido en el ítem 4.2.3 OK



Se observa que hemos sobre escrito la sección W12x14 por W12x16

Los arriostres en cruz pueden trabajar con esta sección W12x14 cuya longitud es L=8.139m Kmenor=0.5 y  = 0.020, haciendo ⁄  ⁄     sugerido.



NOTA.- Si se desea que los arriostres cumplan estrictamente con la normativa AISC E2, tendremos que cambiar a una sección superior W12x19 (verificando en el mercado); para cumplir estrictamente la relación de esbeltez debemos tener una sección con  = 0.021, así ⁄

 ⁄        

Los arriostres en cruz esta sección W12x19 cuya longitud es L=8.139m Kmenor=0.5 y  = 0.021, haciendo ⁄  ⁄   





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