Computers and Struetures, Ine. Ber«c1cy, California, USA
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INCLUYE CD CON SOFTWARE Y VARIOS EJEMPLOS RESUELTOS Pedidos Cochabamba.4298799 Oruro' 5276883·5277165 La paz: 70725419 Resto del país a sergioflorero@hotmaíl.com
ADVERTENCIA CONSIDERABLE, ESFUERZO. TIEMPO Y GASTO SE HAN HECHO EN EL DESARROLLO Y DOCUMENTACIÓN DE SAP2000. EL PROCrRA.\iA SE nA PiW8ADO 'l' ¡;SADO
COMPLETAMENTE SIN EMBARGO, EL üSüARIO ACEPTA y El'-líA ES EXPRESADA DE
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EL USUARlO DEBE E>.'TE;-¡DER LAS ASU;-';CIOi\ES EXPLiCIT A~·IE;-'IE DEL PROGRA\IA y DEBE I¡";DEPEi\DIE:-';TE~IE:\TE VERIfICAR LOS RESULTADOS.
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Compulers and Slruclures, Inc. 8a'-
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Análisis de Elementos Finitos
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Diseño de Estructuras MANUAL BA51CO -INTERMEDIO
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ADVERTENCIA CONSfOERABLE, ESFUERZO. TfEMPO y GASTO SE HAN HECHO EN EL DESARROLLO Y DOCUMENTACIÓN DE SAP2000. EL ?ROGRA.\iA SE nA PROBADO y CSADO COMPLETAMENTE SIN EMBARGO, EL uSuARIO ACEPTA y ENTIENDE QuE NINGIJNA GARA~'TÍA ES EXPRESADA DE ~.:'':'.>:ER..~ L\iPLic:¡.; ?GR LOS :;!SE~;.~-CRES o LOS DISTRIBUIDORES Df EL EXACnTUD y FlABIUDAD DEL PROGRAJvlA.
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RECONOCIMIENTO Las gracias son debidas a todos los numerosos ingenieros estructurales que durante los años han dado valiosa contribución hacia el periecclOnarmemo de este producto hasra su estado actual. El reconocimiento especial es al Dr. Edward L. Wilson, Profesor Emerito, de La Universidad de Ca:;;vlu;a Berlloeiey q".:.e es i"eSpVii.iabIe
para la concepción y desarrollo de la serie de programas SAl' de quien la originalidad y continuidad ha producido mucbos y únicos conceptos que se ha lIe\'ado a cabo en esta versión
Prologo del responsable. Vengo dictando cursos de sap desde 1999 a esrudiames, profesionales e incluso a mis propios catedráticos dentro la Universidad Mayor de San Simón(muchos de estos cursos con el apoyo del proyecto CAE "educación asistida por computadora" convenio holandés), he colaborado a muchos de mis colegas en la elaboración de sus tesis y proyectos de grado, y demro de las inquietudes de todos mis alumnos y compañeros nace la necesidad de tener un documento de SAP2000 en español, este texto es la traducción de los aspectos y conceptos mas imponantes para comprender el manejo de SAP2000 junto con ejercicios ya resueitos, para facilitar la practica de generación de estructuras. Dentro de este texto tenemos desarrollados los capitulos de interacción con AutoCad, Excel y un capirulo de generación de los elementos sólidos con la colaboración de Nelson Quiroga y Julio Herrera Espero que este manual sea de referencia para su inserción a este poderoso software que es la respuesta a dise~os estructurales muy complejos y ambiciosos por mas de 30 a~os. SERGIO MARTÍN FLORERO CARVAJAL [email protected] e!::-J::~~l,?!x-'~ CC"":"
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índice Bienvenido al SAP2000 .. ' Empezando La interfase gra6ca del usuario Sistemas de coordenada El elemento pónico El elemento de cáscara Los nudos y grados de Iibenad Constricciones del nudo Pónico con desplazamiento de apoyo Viga simple con cargas trapezoidales Apoyos inclinados Pónico de acero análisis estático Pónico de cercha Puente de cercha de acero Viga reforzada de Hormigón Viga sobre lecho elástico Viga presforzada de Hormigón Pared sometida a presión hidrostática Losa de fundación sometida a torsión Carga critica a flexión Carga periódica Po;.er:.t~ con cargas mó\i}es _. Tres pónicos
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Gui= c:d~C!jC8 pera el diseño de concrelo.. Interacción Excel-SAP2000 Interacción AutoCad-SAP2000 Elementos sólidos Apéndice
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Bienvenido al SAP2000 SAP2000 represenla la realización más sofisticada y manejo-amlStoso de las series SAP. Ésta es completamente la primera versión de SAP mlegrada dentro de Microsoft Windows Ofrece una interfase gráfica del usuario poderosa en rénnmas de faciltdad dc uso y productlVldad.
La creación y modificación del modelo. ejecUCión dcl análiSIS. "enficaclón '! la optmul8Clón del diseño esta lodo hecho a travcs de esta sola mterfase Los despliegues de los resultados. incluso el real-time son despliegue de los desplazamientos time-history . Este programa ofrece un gran adelanto en la manera que se crea y se modifican los modelos. y en la manera que se maneja el análisIs )' el diseño.
Las capacidades analíticas son poderosas. aplicando la úluma investigación en récnicas numcricas y algontmos. Eslo está disporuble en tres diferenlCs versiones analíucas con la misma IRterfase gráfica para el usuario: SAP2000 STANDART, SAP2000 PLUS y SAP2000 No-lineal.
Todos los programas anleriores ofrecen una completa y poderosa integración de diseño para acero y concreto. disponible dentro de la misma interfase para crear y analizar el modelo. El diseño de los elementos de acero conuenza c1asúicando las caraclCOstlcas de tamaño In.iclal para luego realizar una optimización iterativa. El dlSCJio de elementos de concreto incluye el calculo de la cantidad de acero requerida para reforzar. Los miembros pueden agruparse para propósitos de diseño. y baSla que con un simple chc del mousc en un elemenlo nos da. los cálculos del diseño. El programa se estructura en la vancd.ad internocional de códigos de diseño para la automatización de elementos de homugón y acero El programa actualmente contiene las siguientes normas de diseño para honnlgón. • • • • •
U.S ACI 318-95 (1995) andAASHTO LRFD (1997). Canadian CSA-A23 3·94 (1994). Bmish BS 8110-85 (1989), Eurocode 2 ENV 1992-1·1 (1992). Y New Zealand NZS 3101·95 (1995).
El programa actualmenle contiene las siguientes nonnas de diseño para acero: )
Todas estas versiones son de carácter sofisticado. para las soluciones de ecuaciones en fonna rápida. fuerza y desplazamiento de cargas, elementos no-pnsmáucos. elementos de cÁScara (shelt), análisis dinálm;.Q de auto\'alores del, ector de Ritz . 105 si5temas de coordenadas múltiples pm geometria esviajado. muchas opciones de con5Ulcción . la habLlidad de wU.r independientemente mallas derlnJdas. un completo 6 por 6 de resortes(spnng) de ngidcz. y la opción de combUlAr múltiples análiSIS dmaffilCOS en la misma -comda~ El SAP2000 PLUS tiene capacidad Ilinutllda. análiSIS de puentes, un rango completo de elementos finitos. y opciones de amilisis de lune-hlstory. Los monmiento sísmiCOS con mlihiples eXCitaCiones en la base puede ser incluidos.
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El SAP2000 No-lineal exnende las capacIdades del SAP PLUS agregando una dinámica no-lineal a la unión de elementos en juntAS. aisladores (isolators). amortlguadores. arttcuJacu>ncs. y mas. Este análisis no-lineal segUn el elemento (NlIink) les pennlte a los usuanos modelar la conducta dinámica desde la tensión para puntales en edificIos. post-nuencla en arttculaciones de pórtiCOS rndimensionales ; apoyos elaslomcocos para los puentes y bascs·alsladas en edlfielos.
1-
U.S. AISC/ASD (1989), AJSCILRFD (1994). AASHTO LRFD (1997) C:!I13di:m C......" ·CSA-SI61·94 (1994). Brinsh BS 5950 (1990), J' Ewocode 3 (ENV 1993-1-1). El nombre de SAP ha sido sinómmo de soluciones analíticas IMo\'adoras desde la antroducción del SAP, SOUOSAP. y SAP IV hace más de vemucmco anos. A estas tccoicas numéncas sofisticadas. SAP2000 se swna de una manera sobresaliente con una Interfase grafica fáCil y completa: con capacidades de diseño poderosas. proporcionándole al ingeruero csttuerural un análisiS de diseño úruco en eficaCia y producuvldad
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Empezando Este capítulo cubre la inslalDCIÓn. introduccIÓn. y procedimientos de apoyo para SAP2000.
Asistencia técnica La asistencia técnica libre está disponible en Computen nnd Sttuetures. lnc. (CSI) vía teléfono. facsímil. y el e·mail durante 90 días después de la adquisición del software. Asistencia técnica persiste disponible 90 días si usted tiene un acuerdo de mantenimiento actual con CSI. Los acuerdos de manterumiento también proporcionan de una manera gratis o con reducido costo las actualizaciones del programa. Por favor llame a su distribuidor para realizar un acuerdo de mantenimiento. La asistencia técnica sólo se proporciona según los terminas de la Licencia del Software, acuerdo que viene con el programa. Si usted tiene problemas usando el software. por favor:
Temas
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La llUJe1ll de gráficos para Windows y monitor de 800 por 600 Yuna resolución de 256 colores
Sobre los Manuales Sistema Requisitos Asistencia técnica
Sobre los Manuales
Se diseña esle manual para ayudarlo a falnlharizarse con SAP2000. El próximo capitulo da una mtroducción a los conceptos básiCOS de la mImase grafiCíl del progran
La segunda parte de este manual. da una mt.roducción a los conceptos báSICOS que están en el rnod( estructural) las técnicas del análiSIS usadns por SAP2000 En la tercera pane estin los eJerciCIos que nos dan una Ide
de los anahsI5 estrUcturales
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ConsuJte la documentación y otra informac:ión impresa que contiene este producto Vea 14 facilidad de Ayuda on·linc en el programa
Si usted no puede encontrar una solución. entonces avisenos de la siguiente descripción. Ayúdenol a colaborarlo
Siempre que usted nos 8'1se can '.ln3 pre¡unta de sopone técnico. por favor proportlónenos con la i:-S~.....l.:i~:l
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El nombre del programa (SAP2000 Normal. PLUS. o No·lineal) l' "mión que usted está
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Requisitos del sistema SAP2000 lrabaJarán en cualqu..ier computadora personal Windows. IBM.compatible con la eonfigt minima Siguiente: lntel PenDum. Pentlum pro. o PentlUffi U. • Un mímmo de 32 MB de RAM • Por lo menos 200 Me de espacio libre en disco duro. Los archivos del programa requic aproximadamenle 20 MB. Los proyectos grandes pueden requenr mucho más espacIo dI Microsoft Windows 95/98 o Windo"s NT 4.0 o el SIstema operaU\o mas alto
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• • •
Una descnpción de su modelo. incluso un cU4dro. si posible Una descnpción de lo que pasó y lo que usted estaba haciendo cuando el problema ocurrido La redaccion exacto de cualquier mensaje del error que aparecía en su pantalla Una descnpción de cómo usted intentó resolver el problema La corú'iguración de la computadora (procesador, sistema operau\'o. tamaño del disco duro. y tamaño del RAM) Su nombre. el nombre de su compañia. y cómo nosotros podemos contactamos
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La Interfase Gráfica del Usuario
Teléfono y Apoyo del Facslmll Teléfono normal y el apoyo del facsimil está disponible en los Estados Unidos. mediante una llamada del en"" 8:30 AM. y S:OO P.M.. tiempo de Pacifico. de lunes a viernes. exclU)....do feriados. Usted puede: • Contaetane a la oficina de CSI via el teléfono a (S 10) 84S-2177. o • Enviar un facsímil con las pregwttas e información sobre su modelo (incluso un cuadro, si es posible) a CS! a (S 10) 84S-4096 • Cuando usted llama. por favor esté frente ti su computadora y tenga los manuales del programa 8 mano.
Temas
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sopone on-lIne El apoyo de Da-Iine está dispomble por:
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La interfase gráfica del usuario (OUT) se usa para diseñar. lIlUl1izar, y desplegar su esttueturll. Este capílUlo presenta algunos de los conceptOS básicos de la interfase gráfica del usuario.
Emiando un c·mail r su ejemplar archh'c a suppol1@csiberkele,'.com Visitando el sitio web de CSJ 8 bnp:llwww.csiberkeley.com para leer sobre preguntaS mas frecuentes. Si usted DOS en,.ía un e-mail. esté seguro incluir toda la infonnac;ón que pedimos anterionncnlc
El Modelo EstnlCtur1Il Sistemas de coordenadas La Pantalla de SAP2000 Opciones de vista Línea de grillado (Gridlines) Operaciones básicas
El Modelo Estruclunal SAP2000 analizan Ydiseñan su esttuctura usando un modelo que usted dcfme mediante la intetfase gráfica del usuario. El modelo puede incluir las siguientes caracrerisúcas que representan su estrUCnua: • L>s ;¡ro¡¡il:Ca
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La inteñase gráfica del usuano le proporciona muchas caracterísucas para crear su modelo. Usted incluso puede empezar con un modelo prelimmar. luego con un pequeño esfuerzo puede ajusUlr a su modelo original.
En lo Siguiente se refenrá el témllno ~obJetos" para refenrse a los componentes geométricos del modelo. los elementos del pónlco. elememos de cáscara ··shell". y nudos
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12-
) Vea SAP2000 Basle AnaJysls R~firenct en el segundo tomo para mas lnfonnación sobre el modelo
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Sistemas de Coordenadas
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Se defmen todas las locali7.aciones en el modelo con respecto a un solo sistema de coordcmdas globaJes. Esto es un sistema de coordenadas tridimensional rectangular (Canesiano). Los tres ejes son denotados por X. Y. y Z que son mutuamente perpendiculares. y satisface la regla de la mano derecha.
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Cada componente del nlOdclo (nudo. elemento de Pórtico. elemento de cáscara "sheU". etc.) tiene su propio sistema coorden3c:b local usada p8l1l definir propIedades. cargas, y respuestas 8 esas sohcitneiones. Se denotan los ejes de cada sistema de coordenada local en l. 2, Y3. Usted puede defirnr sistemas de coordenadas adicionales para llyudar a desarrollando su modelo.
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La Pantalla SAP2000
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La LDterfasc gráfica del usuario aparece en su pantalla y es sunilar a lo siguIente: Vanas panes de esta mterfase antenormente señaladas se descnben abajO
Ventana principal
La ventaru1 pnnClpat contiene la IOleñase gráfica del usuario entera. Esta \tnU1na puede ser ::".a.x:....-..u.X3. ::".:.r.i."'!"..:~ y :065 !~ Ope:1lClcr':5 :lonr.:.les t:!e W:',d:)·ss. l3 ~:un t:!e!
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tirulo principal, a la cuna de la ventano pnncipal, da el nombre del programa)' el nombre de su modelo. Barra de menú
Los menus en el Menú de Barra conuene todas los operaciones con tos que usted puede realizar SAP2000.
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Menú de herramientas.
Opciones de vista
El Menú Principal de Hemumentas normalmente pr~lona acceso rápido a algunos usos de operaciones. sobre todo ti archivos y \'istas, )' operaciones de asignación. Todas las opcrociones dispombles en el Menú Principal de Hemmuentll5 también puede accederse desde la Barra de Menú
Usted puede poner 1M opciones de vista paro la Ventana activa. que afecta cómo la estructura aparece en esa ventana. EstaS opciones están disponibles en el menú de Vista "View" del Menu Principal de Herramientas. Las opciones de vista pueden aplicar a diferentes Despliegues de ventanas.
Herramientas laterales
2·0 Y'3-D Vistas
El Mcnú de Hetramientas Lat.cLal proporciona acceso rápido a algunos operaciones comunes que se UsaJ.l para cambiar la geometría de su modelo. Estas Operaciones Incluyen dibujo y operaciones de selección y opciones de "snap"(propiedad del puntero para reconocer interscccumes nudos etc). Todas los operaciones )' OPCiones disponibles en el Menú de Herramientas Lateral mmbién eXiste en la Barra del Menú.
Una vista 2·0 consiste en un solo plono paralelo a uno de los plllnos de la coordenada: X-Y. X ·Z. o Y-l. Sólo los objetos en ese plano son visibles. USlCd puede cambillr de plano en cualquier momento.
Despliegue Wlndows
Una 3·0 visea muestra al modelo entero desde wt8 vista elegida. Los objetos visibles no se restringen a un solo plano. La direccióo de vista es defmJdD por un ángulo en el plnno horizonm1 y un ángulo sobre el
Las "entanas muesrran la geomettia del modelo. y también puede incluir propiedades. estados de cargas. análisis o resultados del diseno. Usted puede tener de una a cuatro "entanas de despliegue en cualquier momento.
Cllda ventana puede tener su propia orientaCIón de vista. tipo de despliegue. y opciones de despltegue Por ejemplo. I.a forma mtacta del modelo podria desplegllrSe en una ventana. estado de cargas en 00'0. una fonna deformJd!l Jni.n1.!!cU en un tercero. J' proporclcnes de !eIUlon de dlseño en 1:1 C".la."U \'e!\Uru ..1J!emJn\1!rnente. JSted pod.riJ tener CtUtro \1sUS dl!e:e:1tes .:1e1 M\Xelc m:.a.::" ~ue ~n.fOnt'\.ln otro u;>o de despliegue: una ,ista del diseno. dos elevaciones. )' un '1Sta en perspectiva.
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Suio una \ enlana del despliegue es "'lema". Las ,ir.as } dcspiicgoes 5')io .IfCCQ a '\'e:tmrt:J a....tt..-a 3Cü13l. Usted puede hacer a cualqUier ventana del despliegue acU\'D pulsando en su barra del título o dentrO de la ventana. Unea de estatus
La Unea de estaros muestra infonnAClón de esUtdo actUal. el botón de "echa muestra cambiOS de las unu:lades actuales. las coordenadas del puntero. } los mandos de anImación al desplegar fonnas defonnadas o formas del vlbrDClon.
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plano honzonlal. En perspectiva
Uoa vista ]·0 puede estar entre una ,iSla de perspec:ti"8 ). una pr'O)'ccción onoaráfica. La lista de perspecti\'a es nonnalmente mejor para \uUJ.1izar el sistema. fuera del plmlO. Si una ,ista 2·0, se acti'\"3 la perspectiva. la \iS13 se \1Jel\'c 3·0 hast1 que la se desactive la penpecth'8. USted puede poner el angulo de abertura de perspecava que define para ver cuan cerca esta de la estructura. Mb grande el ángulo más cerca de usted esta. PAN, ZOOM, Y sus LImites
Usted puede acercarse (zoom in) a una vista para a ver a más detalle. o alejarse (zoom out) para ver más de la estruCNlll. Usted puede manejar los incrementos de alejamiento o acercanuento a su modelo. Usted también puede acercouse directamente a un objetO de la esb'UCtur8 generando los limites con el mouse. El Pan le permite mover la estruCturo dinámicamente alrededor de la Ventana de Despliegue. pulsando el botón }' nlO\'iendo el mouse.
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Usted puede poner valo... superior
Operaciones Bblcas
Opciones de Vista de elemento
Será útil para usted entender los lipos básicos de operaciones que usted puede realizar con SAP2000. El programa responde a las acciones del mousc en el despliegue de ventanas que dependen del tipo de operaciones que useed realiza. Los detalles de cómo realizar estas operaciones se ve en los siguientes capítulos.
Usted puede poner varias opciones que afectan cómo 105 nudos y elementos aparecen en un Despliegue de Ventana. Estas opciones afectan vistas de la (orma del modelo intacto principalmente. Diferente opciones están disponibles para los diferentes bp05 de elementos.
Operaciones de Archivo
La! opciones incluyen una particularidad del elemento qué se despliega. como nwneruelón del
elemcnto(labels). las propiecbd de los elementos, dimensiones de la ~ión (c:
Se usan operaciones de nrchh'o al empezar un nuevo modelo. plll'3 traer un modelo existente. para guardar el modelo en el que usted está trabajlUldo actualmente. y al generar rc:sulcados. Las operaciones del menú de Archivo se seleccionan del menú file }' el corresponden alas botones d:l ~1!I1ú Principal d: Herramientas. Pueden generar modelos desde el principio con los modelos predefinidos. Modelos ya c"",dos pueden traerse al SAP2000 como. texto de análisis definido por SAP90 o SAP2000. o cr
Otras Opciones L'sted pued:: actt".;u- r d.'"SJ:th3t los "gridlin~" y los ejes glob31es. L'sred puede gu,ard:u parámetros de "lsta baJo un nombre que usted elija. )' puede llamar 11 cualquier momento en cualqwer ventana de óesphegue.
Pueden guardarse modelos de SAP2000 en un banco de datos (con extensión.SDB). guardan< solo la s _ a ~e1 modelo en tu! uchh'O
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Definiendo
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Grldllnes
Es una reja de ~consaucción·· . son líneas paralelas 4 los ejes de coordenadas que forman un para ayudar a dibujar al modelo. Usted puede tener cualquier número de gndlines en cada dirección con espacio arlJitnlno que usted deftna. Cuando usted empieza un nuevo modelo. usred debe especificar el espaCiO unüonne de la reja. Después de esto. usted puede agregar. mover. y anuJar gridlincs. La.! opemclones de dibUJO tienden al "snap" (propiedad del pwuero para reconocer mterseCCloncs. nudos. elemenr05 que se mterc:epran erc) en las imerseccíones del gridJine 11 menos que usted desactl\"C estll OpciÓn. Esto facilita ala construcción C.UCl8 de su modelo. Cuando usted mue"e una linea de la reja. puede especificar 51 o no los nudos deben mover se con ella. ~armazón"
11-
4
Las operaciones de defmiclón se usa para crear entldadcs nombmelas de las que: no son pene de la gcomeoia del modelo. Estas entidades incluyen: • Las propIedades de los Materia.les. • La sección en los póntcos yen las Cáscaras Estados de carga. • Agrupaciones de nudo partt la tempennura y cargas de presión. Agrupaciones elementos. Funcioocs y :lJláJisls del espectro-respuesl3
18
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• •
En modo dra\\'. el botón del mouse izqUierdo se usa para dibujar y revisar objetos. y el derecho para preguntar las propiedades de objetos.
Funciones y máhsis del llme·hlslory. Combinaciones de carga
Definiendo estas entidades usando el menú
~Define"
no rcquicrt una selección de los objclÓ$ del modelo.
Las primeras cinco de estas entidades pueden asignarse a los objetos a ser selecc:ionados. Estas enudades pueden también ser defmidas durnnte In operación del menú"Assigne". Las entidades restantes se aplican en conjwlto a todo el modelo y no se asignan a los objetos. Fijar 'a, Opciones de VI,ta
)
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Todas las Opciones de Vista se desc:nbleron en el tema -Opciones de vista" usted puede fijar esas opciones a la ventana activa desde el Menú ~Vlew" o los botones correspondientes al Menú Principal de Hcrromientas .
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En la vistll 2-D. los movimientos del cursor pueden ser controlados usando "snaps" y "dibujando consaicciooes" que son las hcmunientaS para dibUjar y reformar elementos. Las herramientas de snap encuenuan la localización mstantáneamcnte más cerca a su puntero. cuando usted lo mueve por encima de su modelo. Las herramientas de snap es una ayuda y una manera e:
Dibujando • El dibujo se usa agregar nuevos objetos al modelo o modificar un objeto. Los objetos incluyen elementos del pórtiCO. elementos de cáscara (shellt y nudos. rara dü)uJar. USted debe poner el progrllma en "Oraw Mode ~ pulsando el boton en uno de los seis botones del ~1enú de Herrazn.¡entas uteral Aheml1u\"amcnte. esas rntsmas operaCiones pueden ser selecc:lonadas del menú "Oraw". Estos operaciones son
•
,, \
En la \'jsUl ]-0 la poción del cursor se limita IJ JIJS localizaciones conocidas. como gridJincs y lJ los nudos existentes. En la vis18 2-D. la poción del cursor puede estar en cualquier pane. desde un tercio (fuera-de·plano) de la dimensión conotlCta.
• • •
Mo\;endo o reformando objetos e'¿stentes Añadiendo nuevos nudos Añadiendo nuevos elementos al Pónlco pulsando el botón a sus extremos de su posición Añadiendo nuevos elementos de cáscara. (shelt) pulsando el botón a las esquinas de su posición Añadiendo los nue\os elementos del Pórtico pulsando el botón en WI segmento de la cuadrícula. Añadiendo los nue\os elementos de cáscara (shell) pulsando el botón en un espacio de la cuadricula.
• •
°
Las herranuentas de COn501CCIÓn proporcionan la capacidad para colocación de un puntO en linea que esta paralelo a WlO de los ejes y qué pasa a través del úlumo punto 8IT05tmdo De esta manera. WlO puede lJmJer un ele~to de Pórtlco nip'damenrc paralelo IJ uno de las ejes globales. Las COnsaiCCiones meluyen:
• Se crC3n nuc\'OS nudos aulOffi/Jucamente 11 los e.memos de elemenros del Pónlco y lJ Jas esquJn:u de las C3scarn (shell). Se elinunnn nudos dobles y elementos o.utomáucnmcnte por el programa.
Snap a los nudos y la reja (gridl) esta opción encuentra al Nudo y las inlcrseccíones de los grid-lincs cerca al puntero del mouse. Snap a los Puntos medios y a 101 Extrtmos en<:uentra al punto medio más cerca O a los extremo del pártico. de las cáscaras y a los elementos de NLLink. Snap a las Intrr5C:cciones del clemroto encuentra la intersee:elón de ~ e!emt1lt05 del ponico y a un elemento del pánico con un elemento de cáscara (shell) Sn3p perprndicular e..cuentw. lJ. mtersec;lón de una linea a los últimos puntos creados perpendicullU'eS al elemento de Pórtico c:isCóUil cer-...a al puntero del mou~ Snap a las Hntas y los Bordes encuentra a los objetos más ccrca del pánico. a las lineas de gnllado, o al borde de cascara (shell) más proXImo.
•
X Constante nsegura a las coordenadas X del próximo punto en ser dIbUjado y Consl8n1e asegurlJ aJas coordenadDs Y deJ pró.'omo puntO en ser dibUjado Z Constante ascgura 8 las coordenadas Z del pro'cimo puntO en ser dibujado
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•
Para cancelar una constricción escoja None o Spacebar (tab)
Pueden usarse snaps opcionalmente jW1l0 con consmcciones. El Modo Oraw y el Modo Select son muruamente e:
La Selección se usa para identificar esos objetos a los que se le aplicará una operación. SAP2000 un concepto de "sujctOo'verbo" donde usted hace una selección pnmero y luego realiza una operación. Las operaciones exigen que haga una selección arumar incluyendo ciena corrección. asignación. Impresión. ). opel'8ciones de Despliegue. Para seleccionar USted debe poner el programa en Modo Sclect pulsando uno de los botones del Menú de Herromientas Lateral. Alternativamente seleccIonando alguna acción del menú Sel«t ponen al programa en el Modo Selecto. Muchos ripos de selección están disponibles que incluyen:
• •
• •
Seleccionando objetos individuales D:b'Jja."'ldo una \"e::I~ al:eciedcr de IC'5 c~je:~ Dibujar una linea que intercepLa objetos Idenrificllltdo un piano panIcular Seleccionando objetos que nenen el nusmo tipo de propiedad Seleccionando objetos que penenecen al miSmo grupo ymás
En Modo Select. el botón del mouse izquierdo se usa para selecCionar objetos, y el botón derecho se usa para "er las propiedades de los objetos El Modo Oraw y el Modo Select son mutuamente exclUSIVOS Cunlquier operacI6n excepto dibujar puede realizarse cuando el programa está en Modo Select.
Editando
Se usa para hacer cambios al modelo. La ma)'Oria de estas operaciones trabajan con uno o más objetos que USted selecciono. Se seleccionan operaciones del menú Edil:
• • • • • • •
Conando)' Copiando la geomenía de objetos seleccionados al portapa~le1 de W¡.m:!~w'S. ~ infornutelon de la gcomeuia es pueSll al ponapapeles ~' puede accederse por otros programas, tomo hojas de "Iculo (Exetl). Pegando la geometria del modelo al ponapapeles de Window•. Esto podría ser edi18do en un programa de hoja de cálculo ton una oopia y pegado prt\;o. Añadiendo al modelo desde los modelos preliminares. Borrando los objetos. Moviendo nudos e indirectamente elementos conectados. Replicando los objetos en una serie lineal o radial. Dividiendo el Pórtico y elementos de cáscara (shell) en elementos más pequeños. y más
Agregando y pegando al modelo no se necesita seleccionar objetos. )' puede trabajarse en modo Ora", o Select. Todas las otras operocioncs requieren una selección pfC\;a de objelos. Asignando
Se usa para asignnr propiedades)' cargas a uno o a más objetos que usted ha seleccioruldo. Estas oper.Jcioocs se seleccionan del menú Asslgn y reaJiZll' • Asignación a Jos nudos de Vínculos. constricciones, resortes, masas, sistemas de coordenadas locales. )' cargas. Asignación 8 los elementos de pónico; propiedndes de la socci6n, libertades a los extremo, sistema! de coordenadas locales, salidas de resultados por ubicación. localización de solicitaciones, modelos preesforzados, fuerzas P~e1ta. comportamiento no lineal fisico, )' cargas. Asignación D las cáscaras; propiedades de la sección, sistemas de coordenadas locales, y cargas. • • Asignación de los valores a los nudos de temperatura y cargas de presi6n. • Asignación de los objetos a grupos para ayudar en operaciones.
21.
Undo y Redo
Desplegando
Es posible Deshacer (undo) una serie de acciones previamente realizadas, Si usted tiene varias acciones -Desechas"proceso inverso a esto es Recio a esas acciones. Undo y Recio están en el Menú Principal de Herramientas.
Se usa para ver el modelo y los resuhados del análisis. Despliegues gn\ficos, despliegues tabulares. y todas las función de impresion disponibles Todos los tipos del despliegue pueden ser escogidos del menú del Display Algunos de éstos también pueden aeeedme del Men. Pnneipal de Herramienlas
Analizando
Despliegues grllficos
Después de que uSted ha creado un modelo esmlctural completo, usted puede analizar al modelo para detenninar los desplazamientos resultantes, tensiones. y re3cciones. Anles de analizar. usted puede poner opciones de análisis en el menú Analyu:. Estas opciones incluyen: Los llJ1Idos Dispooibles de libertad p3Ill el análisis. Los parámetros del análisis Modales. Análisis y paI1ÍmelTos P-deJla. Selección de análisis a ser escrito en el ardtivo de salida. La cantidad de RAM 8 ser usado
Usted puede seleccionar un tipo dúe:rente de despliegue gráfico para cada Ventana. Cada ventana también puede tener su propia orientación de viSla y opciones del despliegue. Los despliegues disponibles del modelo ineluyen la geometría del modelo intacto, eargas, y modelos que se usaron para la presión )' carga de temperatura (joiot pattcms) Los resultados del análisIS pueden desplegarse gnüicamente e incluyen fonnas defonnadas; los modos de vibración; los esfuerzos del elemento. momentOs, y diagramas de líneas de influencia; y esfuerzos de las cáscara, momentos y tensiones de contorno Las deformaciones y los modos de vtbración pueden animarse. Los diagramas de linea de influencia están sólo disponibles en las versiones PLUS )' No-lineat
Para c:jccuw el análisis, seleccione el mc:nu Analysis. o pulse el botón el Ron Análisis del Menú Principal de HerramientAS .
WI
Los detalles de los resuJtttdos desplegados pueden ser obtenidos pulsando el botón derecho del mouse en nudo o elemento.
Despliegue tabular
El programa guarda al modelo en un archi.vo de banco de datos. luego verifica y anah7...1 el modelo. Ounulle e¡anállSls aparece una vcntona del desarrollo del mismo en su monitor Cuando el análisis está completo, usted puede revis:u los mensajes que aparecen en la ventana mencionada. Pulse el botón OK pan cerrar la vcntana después de que usted ha lenninndo de revisar éslOS mensajes.
Pueden desplegarse resultados del análisis detallados en una \'entana de texto especial para un solo nudo o elcmento. Después dc seleccionar Salida de en fonua Tablas del menú DisphlY. y los resultados se despliegan cada ves que usted pulsa el botón del mouse. La \'COlana del texto desplegada puede imprimirse.
Nmguna operación puede realizarse mientras el análisis estó proccdJendo y continué 1.1 ventana del análisis en su pa.tlltdla. Usted. sin embargo, puede correr otro programa de Windows durante eslc tiempo. Si usted estÁ analizando a un modelo muy grande que pueda tardar, use "la corrida" Minimizada en lugar de la "corrida" en el menú análisis.
AJt'ernati\'amente, la infomtaeión tabular puede imprimirse o puede desplegarse para los nudos y elementos seleccionados escogiendo impresión de entrada de datos y salida del menú File. Si no se seleccionan ningún nudo o elementos. la impresión será para el todo modelo. Esto puede hacerse en cualquier momento sin activar la salida de datos (OUlput table mode).
7.3
7.'1
) )
Funciones Grafleas
)
)
Son funciones de variación que están en un sistema coordenado. Éstos incluyen curvas de espectrorespuesta, curvas de pushover y time-history lodo esto sale de los análisis los cuales generan los resultados gráficos. Las gráficas de función se despliegan en ventanas y pueden imprimirse. El análisis del pushovcr eslá s610 disponibles en la versión de No·lineal. USted debe hacer una selección anterior de uno o más nudos de interés antes de desplegar CW"\'&S de espectfO-.respuesta. Usted tiene la opción de seleccionar uno o más nudos y/o elementos de inlerés antes de desplegar curvas de time-history. Pushover representa la actuación global de la esuuetura pero wred necesita seleccionar un nudo de control para medir la solicitación.
)
Dlsenando
) )
')
)
Cuando usted abre al modelo después de un análisis, se advertirá que se anularan resultados del análisis. Si usted no quiere esto. guarde al modelo bajo un diferente nombre antes de abrirlo. Cualquier cambio subsiguiente se hará entonces al nuevo modelo. Actualizando la Ventana Activa . Después de realizar ciertas operaciones. la Ventana de Despliegue puede necesitar ser actualizada. NormaLmente esto se hace automáticamente. pero usted puede activar o desactivar la autaactualización del menú de Opciones. Al trabajar con modelos grandes es recomendable desactivar lo rn
Se usa para verificar acero y/o concreto con respecto a diferentes códigos de disetlo. El diseilo puede realizarse después de la estructura se baya analizado.
) )
) ) )
) )
,
Los elementos de Pórtico de acero pueden tener una sección de peso mínima automáticamente escogida de un grupo de secciones que usted ha definido. La estructura debe analizarse nuevamente para verificar el disel1o. Los elementos de concreto pueden tener el 'rea longiwdinal y rcforz.amieoto de acero. automáticamente escogido segUn el código de diseño seleccionado. El Re~3!1Álisis no es requerido. Los despliegues gráficos de tensión y parámetros de diseño están disponibles. La infOntl&C1Ón labulat del disel10 puede obtenene para los elementos del Pónico pulsando el botón de=ho del mouse. AJtemanvlm
) )
Después de W1 análisis realizado, el modelo se asegunl automáticamente para prevenir cualquier cambio que invalidarían el análisis y los resultados del diseño subsecuentes. Usted también puede cerrar con llave al modelo en cualquier momento para prevenu cambios. o abrir para permitir modificaciones. Usted puede accedct desde el Menú Principal de Herramientas .
z.s
2.(; 7
Sistema de Coordenadas global
Sistemas de Coordenadas Cada estructura puede usar muchos sistemas de coordenadas diferentes para describir la localización de puntos y las direcciones de cargas, desplazamiento, fuerzas inlCmas, y lensiones. Entender estos sistemas de coordenadas diferentes es crucial. para dc:fmir el modelo e interpretar los resullados. Temas
•
• •
Apreciación global Sistema de la Coordenada Global Las Direcciones A!cendentes y Horiz.ontales Sistemas de Coordenadas Locales
Apreciación global
Se usan sistemas de coordenadas para localizar pa.rtC:5 diferentes del modelo estructural y a defm.ir las dlrecciones de cargas, desplazanuentos. fuerzas internas, YlaUlones. Todo el sistema de coordenadas de un modelo se define con respecto a uno solo, que son un sistema de coorden!das globales X-y -Z . Cada parte del modelo (nudo, elemento, o constricciones) tiene su propio sistema de coordenada local 1-2-3. Además, ust
2"'1
El sistema de coordenada global es wt tridimensional, dextrógiro, rectangular. Los tres ejes, denotados por X, Y, YZ, son mUNamente petpelldiculares y salisface la ,.gla de la mano derecha. La localización y orientación del sislema global son arbitrarios. !'l::e=: especi1icane la.s localizaciones en el sislema de la coordenada global usando las variables X, y, y z. Un vector en el sistema de la coordenada global puede ser especüicado dando las localizaciones de dos puntos, un par de ángulos, o especificando una dirección de la coordenada. Se indic¡an direcciones usando los valores ±X, ±Y, y ±Z. Por ejemplo, +X e, un vector paralelo y dirigido ala largo del eje X po,itivo.
Se definen todos los OITOS sistemas de coordenadas en el modelo con respecto al sistema de coordenada global. Hacia arrlba y las Direcciones Horlzontales SAP2000 asumcn que el eje Z es vertical, con +Z que es ascendente. Los sistemas de coordenadas local para los nudos, elementos, y cargas de aceleración ,l,mica están con respecto a esta dirección ascendente. El peso-propio que siempre actúa abajo en la dirección de -Z. El plano de X·Y es horizontal. La dirección horizontal primaria es +x. Los positivos ángulos en el plano horizontal son medidos de la mitad positiva del eje de X, Yen sentido contrario a las 8gujas del reloj. Sistemas de Coordenadas locales Cada objeto (nudo, elemento, o constricciones) del modelo cstructural tiene su propia coordenada local que define las propiedades, cargas, y respuestas a esas solicilacioncs. Se denotan los sistemas de coordenadas locales con los ejes l. 2, Y3. En genel1l1, las coordenadas locales pueden variar de nudo a nudo, elemento a elemento, y constricciones a constricciones. No hay ninguna d.irecci6n ascendente preferida para un sistema de coordenadas locales. Sin embargo, el nudo y elemenlo de la. coordenadas locales se definen con respeclO al global hacia arriba, dir
El sistema de tas coordenadas locales para un nudo 1-2·3 normalmente está igual que las coordenadas globales X·Y·Z.
z.s
Para el Pórtico y elementos de cáscMa 'sbell", los ejes l<><:ales son determinadas por la geometria del e1etnento individual. Usted puede definir la orientación pennanenle en dos ejes especificando un
1010
ángulo de rotaci6n.
El sistema de coordenada l<><:al para una Conatri""ión de Diafra¡¡ma es nonnaImente detenninado automáticamente por la geomeuia o la distribución de masas de las consmcclones. Opcionalmente, usted puede especificar un eje global que detennine el plano de una Constricción de Diali1l¡¡ma; los otros dos ejeo son automáticarnence detenninados.
El Elemento de Pórtico El elernen.n de Pórtico se usa para m<>delar viga-columna y componam;en.o de cerchas en el plano y en 3·0. Temas • • • • • • • • •
• •
Apreciación global Conectividad de Nudos Grados de Lihetuld Sistema de la Coordenada L
Apreciación global
El elemento de Pórtico se usa en general en 3.0, como vig8~lumna. qué incluye efectos de torsión. defonnación ..-cial, y bi..-cial. Vea Bathe y Wibon (1976). Las Estructuras que pueden diw'arse con este elemento son:
• • • • •
z.q 8
Pórticos Tridimensionales Ccrchas Tridimensionales Pórticos en 2·0 Diseño de emparrillados Cerchas en 2·0 .
30
) )
)
Un elemento de Pórtico se disci\a como una linea recta que conecta dos nudos. Cada elemento nene su propio sistema de coordenada local para definir propiedades de sección. cargas, y para mterpretar esfuerzos. .
) )
) )
Sistema de la Coordenada local Cada elemento de Pórtico puede ser cargado con su propio-peso. mültiples cargas puntuales. )' multiples cargas distribuidas.
Los desplazanúentos del extremo están afectados por el tamaño finito de la viga e intersecciones de la columna. Las libertades del extremo están afectados por las diferentes condiciones que se dan alas c"
) )
Cuando estas cond1ciones se dan a ambos e."
Las fuerzas inrernas se producen a. los cKtrem.os de cada e/emenco y se pueden definir un Rlimero de estaciones igu.aJ.mentc~pacladas a lo largo del clemento para ver sus esfuerzos.
Cada elemento de Pórtico tiene su propio sistema de coordenada local que define propiedades de la sección. cargas y esfuerzos. Se denotan las ejes de este sistema local con l. 2. Y3. El pnmer eje
se dirige a lo largo de La longltud del elemento: siendo dos Jos ejes que quedan en el plano perpendicular al elemento con una oncotadón que usted espccdique. Es im;Jortxm: que usted entienda c1~ente la defirjción de la! coordenadas l'Xal~ del elemento J-2-3 Ysu relación al X-Y·2 sistema global. Ambos sistemas son SiStemas de:cuóguos. Depende de usted defuur Sistemas locales qué slffiplific:a la entrada de los datos y/o mterpretación de resultadO$.
Conectividad del Nudo
)
) )
Un elemento de Pónico es representado por una línea recta que conecta dos nudos. i y j. Los dos nudos no comparten la ntisma locnlizaclón en espacio. Los dos extremos del elemento son denotados por i YJ. respectivamente
En la mayoria de las esO'Ucturas la defUlición deJ elemento deJ sistema de coordenada local es sumamente sunple usnndo la orientación prtdeflmda del pórnco. Los metoclos adicionales están disponibles. Eje 1 longitudinal
Grados de Libertad
El eje I local siempre es el ejc longitudinal del elemento. SIendo la dirección positiva del extremo ¡a J.
El elemento de Pórtico nonna1mcntc acn"'a los seis grados de libertad. en ambos nudos que lo conectan. Orientación predefinida
Sin embargo, no se activarán los lreS grados rotatorios de Iibertnd en un nudo si el clemento no proporciona momentos de rigidez o momentos de carga a esa nudo. Esto puede ocurrir bajo cualquJer8 de las siguientes condiciones:
) )
)
)
Un extremo es cero. y las propiedades de la SeccIón geoméaicas j. 133.y 122 son todos ceros(a no es cero; lls2 )' as3 son arbltrnnos). o Que en los extremos se suc:ltan ambas roUIClones del ne:(Ión. R2 , RJ : ~. la rotaClon tOrslonal. R l. en cualquier extremo.
31
La onentaeión predeftmda de los ejes locales 2 y 3 es detenninada por la relaCión entre el cJe local 1 y el cJc global Z
•
El pl~no local 1·2 es "eruca!. le. paralelo al eJc de Z El eje local 2 es ascendente (+Z) a menos que el elemento sea vertical. en ese caso el cJe local 2 se toma como bonzontal a lo largo del global .... X El eJc local 3 slelnprc es honzon[al, ¡c. queda en el plano de X-y
9
:n..
z
z
Se considclll que un elemento es vertical si el seno del ángulo entre el local I eje y el eje de Z está menos
de 10 .J.
1
El eje local 2 hace el mismo ángulo con el eje venical como el eje local I hace ean el plano horizonlal Esto Slgrufica que el eje local 2 apunta verticalmente hacia amba para los elemenlos honzQncales.
2
Coordenadas de Ángulo
anQ"300
El elemento refen::nciado a un ánBUlo. ang. se usa para defmir orientaciones difetenle de la orientaci6n predefuuda. ESle ángulo rola sobr< el positivo eje local 1 de l. orienta<:ión predefinida. La rotación para un valor positivo de ang aparece en sentido contrano a \as agujas del reloj cuando e\ \ocal eje + 1 está apuntando hacia usced.
Para los elementos verticales. el ang es el ánauJo mue el eje local 2 y el eje horizontal +X. Por otra pane, el ani C1 el án¡u1o entre el eje local 2 y el plano \'cnical conteniendo el eje local. L.
Vea Figura 1 para los ejemplos.
:k:2
~YX
J
~Y
eng=llQ'
z
z
x
lje I p.nlelo.1 eje Z nel'Ovo Eje 2 .srolado )O'.n .1 plano X-I
ljelo
Flaural
El Efftt'lf"tto tJI P6rrico co,", "!)!ac~6" .~"'T'!ap ro,", rtt'ptC'!'" a !a Op1t"rariór pPt~r... ~dc
ang=90'/
ji
Propiedades de la sección
~1 2
Una Sección de Pórtico es un mAteriaL con propiedades geométricas que describen \a sección transversal de uno o más elementos del póraco. Se defmen secciones independientemente. y son &SIgnadOS a los elementos.
3"
Sistema de la Coordenada local
x
x../
y
........... y
[.le \out \ no u panlelo a tos X. Y. o:z. Eje loc.12 es rolado 300 en el plano Z· I
El tle 1 el p.... ldo .1 tole y posh.Jvo El eje 2 el rotado 9lJ'l' en el phlOO Z - 1
33
Se definen propiedades de la sección de un elemento con respecto al sistema de las coordenadas locales de la siguiente mo.ncra:
3'1
o
•
La dirección 1 está a lo largo del eje del elemento. Es nonnaI a lo Seceión y po.. por la intersección de Jos dos ejes neutros de la Sección. Las direcciones 2 y 3 son paralelas a los ejes neutros de la Sec;ción. Normalmente la dirección 2 e"a a lo larso de l. dimensión mayor (profundidad) de In Seceión. y In dir<:CCión 3 a lo Iarso de su dimensión menor (anchura).
Las propiedades materiales para la Sección son especificadas, previamente se defme el Ma[mal. Las propiedades materiales usado.s por la Sección son:
•
a moouJo de Ct8SnCIaaa., el. para la ngloez axlA1 y la ng¡ael a tle.~on;
•
El módulo a cortante. 112. para la rigidez de La tonión y la rigidez a cortante transversal: esto se computa de el y el modulo de POiSSOD. u12. La densidad de masa (por la unidad de volumen), m. para computar masa del
o
o
Las ár
Poniendo a, j, iJ3.o 122 a cero causa que la rigidez de la sección llega ser cero. Por ejemplo. un miembro de cercha puede ser diseñado poniendo j - iJ3 - 122 - O. y un elemento de pénico en el plano 1·2 puede ser diseñado pooiendo j -122 - O.
Propiedades malonal.s
o
o
elemento: La densidad de peso (por la unidad de volumen). ", para computar Carga de peso-propio. El indicador del diseño-tipo. Ides. que indica si la Sección debe diseñane como a;e;o. honnigon o nmguno \11J.D¡un diSeño}.
Poniendo as2 o as) a cero causa que la deformación del cortante transVersal sea c:cro. En efecto, una área del cortante cero se interpreta como si fuera infinito. La rigidez transversal de la con&nte se ignora SI la nlllaez Gel ¡j,CXlon es cero.
el:
El momento de inercia. 133. sobre eL eje 3 por la fIe:
(
Para cada Sección. las seis propiedades geométrictlS (a, j, i33, i22, ad y asJ) puede ser especificado directamente. computé de las dimensiones de la Seceión especificadas, o se lee de un archivo de banco de datos de propiedades definidas. Esto lO determina por el tipo de lo fonoa. sh. especificada por el usuario:
(
o
Si sh-G (s=én ¡:-..e:--l), ~ i=S ;mr;rie6Ces ~~ ~ espe::i:S=ne e:'(plícitamctue SI sil.zi(. r. a, i. C. 1, 1., o ~1., las seiS propll~c:iaaes geomemcas soo 8utQrnaacameme caJcuJadas desde una sección espectficada como se describe en "Clilculo automáuco de los propiedades de la sección" ver mas abajo. Si sh es algUn otro valor (e.s., W27X94 o 2L4X3X1I4),1as seis prop,edades geométrica. se obtiene de un archivo de banco de dalOS de propiedades especificas. Ven· Propiedad de la Sección en el archivo de banco de datos" ''el' mas abajo.
•
10
35
(
Tipos de la torma
Propiedades geométncas y Sacelon a. Rigidez
Se usan seis propiedades geométricas básicas. juntO COD las propiedades materiales, a generar rigidez de la Sección. Éstos son: o El ár
,
