DISEÑO DE COMPONENTES METALICOS.DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA
TIJERAL N° 3
TOMANDO LA CERCHA METALICA MAS CRITICA: C
J
K
D
TIJERAL T 3
ELEVACION DE CERCHA METALICA
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ACERO : Arcos metalicos: Fy = Fu = corrugado: Fy = SOLDADURA: COBERTURA:
Electrodos: Fexx = Fexx = Pu =
36 KSI 58 KSI 4200 Kg/cm2, 60 KSI 70 KSI 1.50 kg/m2
λc = u= λc =
7.85 Tn/m3, 0.30 7.85 Tn/m3,
Ec =
2,000,000 Kg/cm2
Ec =
2,100,000 Kg/cm2
(E70 XX - AWS, para acero liso) (E70 XX - AWS, para acero corrug.) (POLICARBONATO e=8mm ; catalogo fabricante)
Pág. 1
DISEÑO DE CERCHA METALICA Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura: TIPOS DE CARGAS: CARGA MUERTA (D): Cobertura (catalogo fabricante): D1 = 1.50 kg/m2 20.00 kg/m2 Estructura metalica (estimado a verificar): D2 = 21.50 kg/m2 WD = CARGA VIVA DE TECHO (Lr): 30.00 kg/m2 NTP E.020 WLr = CARGA DE VIENTO (W): Vh = 90.00 km/h (Mapa Eolico del Peru, zona LAMBAYECHE) NTP E.030 Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a NTP E.020 - 2007 donde: Ph 0.005xCxVh 2 θ° la superficie, para "h"< 10m (kg/m2) barlovento sotavento 0.70 de 15° C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda) -0.40 (El signo positivo indica presión y el negativo succión) BARLOVENTO: BARLOVENTO:
Considerando presion en el Barlovento: Considerando succion en el Barlovento:
C= C=
0.70 0.00
SOTAVENTO
Se tiene succion en el Sotavento:
C=
-0.40
ρh = ρh = ρh =
28.35 0.00 -16.20
kg/m2 kg/m2 kg/m2
Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior: METRADO DE CARGAS: 6.84 m A = ancho tributario entre tijerales (m) = B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = CARGA MUERTA (PD): P D = (W D )(A)(B) , 236.77 kg PD =
CARGA VIVA DE TECHO (PLr):
P Lr = (W Lr )(A)(B)
P W = (ρ h )(A)(B) CARGA DE VIENTO (W): BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares:
Se tiene succion en el Sotavento: SOTAVENTO Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares:
CERCHA 1 = CERCHA 2 =
118.38 118.38
kg kg
PLr = CERCHA 1 = CERCHA 2 =
330.37 165.19 165.19
kg kg kg
PWp-s = PWy = CERCHA 1 = CERCHA 2 =
312.20 312.20 156.10 156.10
kg kg kg kg
PWs-s = PWYy = CERCHA 1 = CERCHA 2 =
-178.40 -178.40 -89.20 -89.20
kg kg kg kg
33.04
kg
CARGA DE LLUVIA (R):
PR =
1.61
m
COMBINACIONES DE CARGAS: COMB 01 : COMB 02 : COMB 03 : COMB 04 : COMB 05 : COMB 06 : COMB 07 : COMB 08 : COMB 09 : COMB 10 : ENVOLVENTE:
1.4 D 1.2 D + 0.5 Lr 1.2 D + 1.3 Wp-s + 0.5 Lr 1.2 D + 1.3 Ws-s + 0.5 Lr 0.9 D + 1.3 Wp-s 0.9 D + 1.3 Ws-s 1.2 D + 1.6 Wp-s + 0.8 Lr 1.2 D + 1.6 Ws-s + 0.8 Lr 1.2 D + 0.5 R 1.2 D + 0.5 Lr + 0.5 R COMB 01 + ….+ COMB 10
D= Lr = Wp-s = Ws-s = R=
CARGA MUERTA CARGA VIVA CARGA DE VIENTO - BARLOVENTO CARGA DE VIENTO - SOTAVENTO CARGA DE AGUA DE LLUVIA
ANALISIS ESTRUCTURAL:
Pág. 2
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
PERFILES METALICOS
ESTADO CARGA MUERTA (PD)
Kg - m.
Pág. 3
ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr)
ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)
Pág. 4
UND. =KG - Cm.
ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s)
E
DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES Se observa que el punto con deflexion maxima esta en la brida inferior, cuyo valor se considera aceptable
Pág. 5
PARA EL DIESEÑO DE SECCIONES SE HAN PROPUESTO LAS SIGUIENTES DIMENSIONES, LAS CUALES SE VERFICARAN SU CAPACIDAD RESISTENTE ANGULO DE ALTA RESISTENCIA SECCIONES ANGULO DE LADOS IGUALES (PULG.) BRIDA SUPERIOR 3" 3" 5/16" BRIDA INFERIOR 3" 3" 5/16" DIAGONAL 2 1/2" 2 1/2" 1/4"
DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION Fcr 25.32 Ksi
ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: esfuerzo critico en compresion, para acero A-36
Kl 60 r Fcr
donde:
y
Barra mas critica: N° 42
Se elige perfil:
c
de (5):
Kl
Fy
r
E
Pu = L= r>
VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): λc = 0.917 < 1.5 … OK de (6): Fcr = 25.310 Ksi
" "
luego:
Kl r
F
Fy E
GJ crz __ A r o2
= 0.9175
=
luego: Pn c Fcrft Ag =
DISEÑO DE BRIDA SUPERIOR:
Se elige perfil:
< 1.5
420.2701
130.260 Kips >
Barra mas critica: N° 113 L 2" x 2" x 1/4"
de (5):
……..(7)
1.91 Kips 62.99 pulg
requiere: Ag = 0.089 pulg2
1.140 0.770
pulg2 > Ag …...…OK pulg > r …...…MAL
ry=
0.770
pulg >
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
24.53
Kips > Pu
λ = 6.40
……..(6)
Ag = rx=
, b t
VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil: Xcg = 0.263 pulg __ r o 2 xo2 yo2 rx2 ry2 = Ycg = 0.263 pulg G= 11200 Ksi b1 = b2 = b - T/2 = c
……..(5)
Pu Ag Fcr
866.37 Kg = 1.600 m = 1.050 pulg
L 2-1/2" x 2-1/2" x 3/16"
VERIFICACION POR PANDEO LOCAL: b b= 2 = 2.00 T T= 5/16 = 0.313
r > KL/60
esfuerzo admisible (Ksi),
Ø = 0.85 (en compresion)
DISEÑO DE BRIDA INFERIOR:
esbeltes admisible
2 (0.658 c ) F y
……..(4)
76 = Fy
12.667
1.84
H
OK (no existe pandeo local)
2 2 yo x 1 o __ 2 r o
J
S : c 15
Fcry (0.658 c ) Fy
S : c 15
Fcry
Fcrft
Pu =
Pu = L= r>
Fcrft Fcrz 2H
1.91
1
OK
9154.50 Kg = 0.347 m = 0.227 pulg
OK
> λ
1.324 pulg pulg
r …...…MAL
0.877
b1 t13 b2 t 3 2 3
0.938 0.609
ry=
0.609
=
0.075
Fcry =
25.310 Ksi
=
134.427 Ksi
L 2" x 2" x 5/16" para toda la brida inferior
20.16 Kips 13.64 pulg
Ag = rx=
= 0.921 pulg
Fy
c2 4 Fcry Fcrz H ( f cry Fcrz ) 2
requiere: Ag = 0.937 pulg2
pulg2 > Ag …...…OK pulg > r …...… OK pulg > r …...… OK
VERIFICACION POR ESBELTES:
Pág. 6
de (7): de (6):
λc = Fcr =
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
0.251 < 1.5 … OK 35.061 Ksi
VERIFICACION POR PANDEO LOCAL: b b= 2 = 2.00 T T= 4/16 = 0.250
" "
λ = 8.00
, b
76 = Fy
t
VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil: Xcg = 0.263 pulg __ r o 2 xo2 yo2 rx2 ry2 = Ycg = 0.263 pulg G= 11200 Ksi b1 = b2 = b - T/2 = c
luego:
F
Kl r
crz
Fy E
= 0.2512
GJ __ A r o2
=
luego: Pn c Fcrft Ag =
DISEÑO DE DIAGONALES:
Se elige varilla:
< 1.5
602.1153
181.394 Kips >
Barra mas critica: N° 109
de (5):
Kips > Pu
12.667
0.880 pulg
1.88
pulg
H
OK (no existe pandeo local)
2 2 yo x 1 o __ 2 r o
S : c 15
Fcry
Fcrft
Pu =
Pu = L= r>
2H
20.16
1
OK
2097.12 Kg = 0.347 m = 0.227 pulg
0.877
b1 t13 b2 t 3 2 3
J
S : c 15
Fcrft Fcrz
OK
> λ
Fcry (0.658 c ) Fy
= 0.821 pulg = 0.0391
Fcry =
35.062 Ksi
=
227.632 Ksi
Fy
c2 4 Fcry Fcrz H ( f cry Fcrz ) 2
L 2" x 2" x 1/4" para toda la brida superior
4.62 Kips 13.64 pulg (preferible)
requiere: 2 Ag = 0.215 pulg
Ag = rx=
0.442 0.188
pulg2 > Ag …...…OK pulg > r …...…MAL
(se obvia)
ry=
0.188
pulg >
(se obvia)
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
5.27
Kips > Pu
Ø 3/4" (corrugado)
VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): λc = 0.816 < 1.5 … OK de (6): Fcr = 14.038 Ksi
27.94
r …...…MAL OK
Ø 3/4" (corrugado) similar para primeras 18 diagonales empezando de cada extremo, el resto: Ø 5/8"
DISEÑO DE SOLDADURAS
ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: ESPESOR DE SOLDADURA:
Dmax = t - 1/16" < 1/2”
, Dmin = 1/8”
RESIST. POR SOLDADURA:
ΦRn = 2*Φ0.60Fexx (T )….…(8)
(soldadura en ambas caras
RESIST. POR FRACTURA:
ΦRn = Φ0.60 Fu(t) …...…... (9)
de la plancha)
donde:
T = 0.707(D) t = espesor del perfil Φ = 0.75 por equilibrio de fuerzas: por esfuerzo neto de la soldadura del fondo: Longitudes de soldadura:
ademas: C.G. = Centro de Gravedad del Perfil = "Y" L3 = ancho del perfil Pu = f 1 + f 2 + f 3
f 3 = (L3)(ΦRn).….(10)
L1 = f 1/(ΦRn) > 4D …… (13)
f 1 = Pu*(1-Y/L3)-f 3/2 ……(11) f 2 = Y*Pu/L3 - f 3/2 ……....(12) L2 = f 2/(ΦRn) 4D …… (14)
DISEÑO EN NUDO 62 (MAS CRITICO EN BRIDA SUPERIOR): DIAGONALES 84 Pu = 5.00 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): L3 = 0.75 pulg Y= 0.375 Y 85: t= 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" D= 1/8 Dmin = 1/8” T= 0.088 ΦRn = ΦRn = 6.525 Kip/pulg ΦRn = de (8): 4.77 Kip/pulg , de (9): 4.772 de (10): f3= 0.00 Kip (obviando esta fuerza) de (11): f2= 2.50 Kip ……… OK (f2 > 0 ) 0.52 pulg (long. minima = 4D) de (14): L2 = de (12): f1= 2.50 Kip ……… OK (f1 > 0 ) 0.52 pulg (long. minima = 4D) de (13): L1 = (similar para primeros 8 nudos de brida superior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg) DISEÑO EN NUDO 2 (MAS CRITICO EN BRIDA INFERIOR): DIAGONALES 109 Pu = 9.25 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): L3 = 0.75 pulg Y= 0.375 Y 110: t= 5/16 pulg : Dmax = t - 1/16" = 4/16 pulg <1/2" D= 1/8 Dmin = 1/8” T= 0.088 ΦRn = ΦRn = 8.156 Kip/pulg ΦRn = de (8): 4.77 Kip/pulg , de (9): 4.772 de (10): f3= 0.00 Kip (obviando esta fuerza) de (11): f2= 4.63 Kip ……… OK (f2 > 0 ) 0.97 pulg (long. minima = 4D) de (14): L2 = de (12): f1= 4.63 Kip ……… OK (f1 > 0 ) 0.97 pulg (long. minima = 4D) de (13): L1 = (similar para primeros 7 nudos de brida inferior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg)
pulg pulg pulg Ksi (gobierna)
pulg pulg pulg Ksi (gobierna)
Pág. 7
DISEÑO DE COMPONENTES METALICOS.DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA
TIJERAL N° 1
TOMANDO LA CERCHA METALICA MAS CRITICA:
1
2
TIJERAL T 1
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ACERO :
Arcos metalicos: corrugado:
SOLDADURA: COBERTURA:
Fy = Fu = Fy =
Electrodos: Fexx = Fexx = Pu =
36 KSI 58 KSI 4200 Kg/cm2, 60 KSI 70 KSI 1.50 kg/m2
λc = u= λc =
7.85 Tn/m3, 0.30 7.85 Tn/m3,
Ec =
2,000,000 Kg/cm2
Ec =
2,100,000 Kg/cm2
(E70 XX - AWS, para acero liso) (E70 XX - AWS, para acero corrug.) (POLICARBONATO e=8mm ; catalogo fabricante)
Pág. 8
DISEÑO DE CERCHA METALICA TIPOS DE CARGAS: CARGA MUERTA (D):
Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura:
Cobertura (catalogo fabricante): Estructura metalica (estimado a verificar):
D1 = D2 = WD =
1.50 kg/m2 20.00 kg/m2 21.50 kg/m2
WLr =
30.00
CARGA VIVA DE TECHO (Lr): NTP E.020
kg/m2
CARGA DE VIENTO (W): NTP E.030
NTP E.020 - 2007 θ° barlovento 0.70 de 15°
Vh =
90.00 km/h
(Mapa Eolico del Peru, zona LAMBAYECHE)
2 Ph 0.005xCxVhdonde: sotavento -0.40
Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a la superficie, para "h"< 10m (kg/m2) C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda) (El signo positivo indica presión y el negativo succión)
BARLOVENTO: BARLOVENTO:
Considerando presion en el Barlovento: Considerando succion en el Barlovento:
C= C=
0.70 0.00
SOTAVENTO
Se tiene succion en el Sotavento:
C=
-0.40
ρh = ρh = ρh =
28.35 0.00 -16.20
kg/m2 kg/m2 kg/m2
METRADO DE CARGAS:
Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior: 2.24 m A = ancho tributario entre tijerales (m) = B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = CARGA MUERTA (PD): P D = (W D )(A)(B) , 73.20 kg PD = CERCHA 1 = CERCHA 2 =
36.60 36.60
kg kg
PLr = CERCHA 1 = CERCHA 2 =
102.14 51.07 51.07
kg kg kg
Considerando presion en el Barlovento: BARLOVENTO: Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares:
PWp-s = PWy = CERCHA 1 = CERCHA 2 =
96.53 96.53 48.26 48.26
kg kg kg kg
Se tiene succion en el Sotavento: SOTAVENTO Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares:
PWs-s = PWYy = CERCHA 1 = CERCHA 2 =
-55.16 -55.16 -27.58 -27.58
kg kg kg kg
10.21
kg
CARGA VIVA DE TECHO (PLr):
CARGA DE VIENTO (W):
P Lr = (W Lr )(A)(B)
1.52
m
P W = (ρ h )(A)(B)
CARGA DE LLUVIA (R):
PR =
COMBINACIONES DE CARGAS: COMB 01 : COMB 02 : COMB 03 : COMB 04 : COMB 05 : COMB 06 : COMB 07 : COMB 08 : COMB 09 : COMB 10 : ENVOLVENTE:
1.4 D 1.2 D + 0.5 Lr 1.2 D + 1.3 Wp-s + 0.5 Lr 1.2 D + 1.3 Ws-s + 0.5 Lr 0.9 D + 1.3 Wp-s 0.9 D + 1.3 Ws-s 1.2 D + 1.6 Wp-s + 0.8 Lr 1.2 D + 1.6 Ws-s + 0.8 Lr 1.2 D + 0.5 R 1.2 D + 0.5 Lr + 0.5 R COMB 01 + ….+ COMB 10
D= Lr = Wp-s = Ws-s = R=
CARGA MUERTA CARGA VIVA CARGA DE VIENTO - BARLOVENTO CARGA DE VIENTO - SOTAVENTO CARGA DE AGUA DE LLUVIA
ANALISIS ESTRUCTURAL:
Pág. 9
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
PERFILES METALICOS
ESTADO CARGA MUERTA (PD)
Kg - m.
Pág. 10
ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr)
Kg - m.
ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)
Kg - m.
Pág. 11
ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s)
Kg - m.
DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES Se observa que el punto con deflexion maxima esta en la brida inferior, cuyo valor se considera aceptable
Pág. 12
PARA EL DIESEÑO DE SECCIONES SE HAN PROPUESTO LAS SIGUIENTES DIMENSIONES, LAS CUALES SE VERFICARAN SU CAPACIDAD RESISTENTE ANGULO DE ALTA RESISTENCIA SECCIONES ANGULO DE LADOS IGUALES (PULG.) BRIDA SUPERIOR 2 1/2" 2 1/2" 3/16" BRIDA INFERIOR 2 1/2" 2 1/2" 3/16" DIAGONAL 2" 2" 3/16"
DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION
ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: esfuerzo critico en compresion, para acero A-36
Fcr 25.32 Ksi
esbeltes admisible
Kl 60 r
2
……..(4)
r > KL/60
……..(5)
Fcr (0.658 c ) F y donde:
y
Ø = 0.85 (en compresion)
DISEÑO DE BRIDA INFERIOR:
esfuerzo admisible (Ksi),
Se elige perfil:
Barra mas critica: N° 42
de (5):
Pu = L= r>
" "
λ = 6.40
,
b t
1.91 Kips 62.99 pulg
luego: luego:
Kl r
F
crz
= 0.9175 Fy E
GJ = 420.2701 __ A r o2 = F Ag 130.260 Kips >
Pn c crft
DISEÑO DE BRIDA SUPERIOR:
< 1.5
Se elige perfil:
Barra mas critica: N° 113 L 2" x 2" x 1/4"
de (5):
requiere: Ag = 0.089 pulg2
1.140 0.770
pulg2 > Ag …...…OK pulg > r …...…MAL
ry=
0.770
pulg >
24.53
Kips > Pu
76= Fy
12.667
VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil: Xcg = 0.263 pulg __ Ycg = 0.263 pulg r o 2 xo2 yo2 rx2 = ry2 1.324 pulg G= 11200 Ksi b1 = b2 = b - T/2 = 1.84 pulg
c
……..(7)
Ag = rx=
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
< 1.5 … OK Ksi
VERIFICACION POR PANDEO LOCAL: b b= 2 = 2.00 T T= 5/16 = 0.313
E
866.37 Kg = 1.600 m = 1.050 pulg
L 2-1/2" x 2-1/2" x 3/16"
VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): λc = 0.917 de (6): Fcr = 25.310
F y
Kl r
c
……..(6)
Pu Ag Fcr
> λ
S : c 15
r …...…MAL OK
OK (no existe pandeo local)
2 2 =y o x 0.921 pulg 1 o __ 2 r o = 0.075 b1 t13 b2 t 3 2 J 3 c Fcry = 25.310 Ksi
H
Fcry (0.658 ) Fy 0.877 S : c 15 Fcry Fy c2 Fcrft Fcrz 4 Fcry Fcrz = H134.427 Ksi 1 Fcrft 2 2H ( f cry Fcrz ) Pu = 1.91 OK L 2" x 2" x 5/16" para toda la brida inferior
Pu = L= r>
9154.50 Kg = 0.347 m = 0.227 pulg
20.16 Kips 13.64 pulg
requiere: Ag = 0.937 pulg2
Ag = rx=
0.938 0.609
pulg2 > Ag …...…OK pulg > r …...… OK
ry=
0.609
pulg >
r …...… OK
VERIFICACION POR ESBELTES:
Pág. 13
de (7): de (6):
0.251 35.061
λc = Fcr =
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
< 1.5 … OK Ksi
VERIFICACION POR PANDEO LOCAL: b b= 2 = 2.00 T T= 4/16 = 0.250
" "
λ = 8.00
,
b t
76= Fy
27.94
12.667
VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil: Xcg = 0.263 pulg __ Ycg = 0.263 pulg r o 2 xo2 yo2 rx2 = ry2 0.880 pulg G= 11200 Ksi b1 = b2 = b - T/2 = 1.88 pulg
c luego: luego:
Kl r
F
crz
= 0.2512 Fy E
GJ = 602.1153 __ 2 A r o = F Ag 181.394 Kips >
Pn c crft
DISEÑO DE DIAGONALES:
< 1.5
Barra mas critica: N° 109
de (5):
VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): λc = 0.816 de (6): Fcr = 14.038
< 1.5 … OK Ksi
> λ
S : c 15
OK
OK (no existe pandeo local)
2 2 =y o x 0.821 pulg 1 o __ 2 r o = 0.0391 b1 t13 b2 t 3 2 J 3 c Fcry = 35.062 Ksi
H
Fcry (0.658 ) Fy 0.877 S : c 15 Fcry Fy c2 Fcrft Fcrz 4 Fcry Fcrz = H227.632 Ksi 1 Fcrft 2 2H ( f cry Fcrz ) Pu = 20.16 OK L 2" x 2" x 1/4" para toda la brida superior
Pu = L= r>
Ø 3/4" (corrugado)
Se elige varilla:
Kips > Pu
2097.12 Kg = 0.347 m = 0.227 pulg
4.62 Kips 13.64 pulg (preferible)
requiere: Ag = 0.215 pulg2
Ag = rx=
0.442 0.188
pulg2 > Ag …...…OK pulg > r …...…MAL
(se obvia)
ry=
0.188
pulg >
(se obvia)
5.27
Kips > Pu
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
r …...…MAL OK
Ø 3/4" (corrugado) similar para primeras 18 diagonales empezando de cada extremo, el resto: Ø 5/8"
DISEÑO DE SOLDADURAS
ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: ESPESOR DE SOLDADURA:
Dmax = t - 1/16" < 1/2”
, Dmin = 1/8”
RESIST. POR SOLDADURA:
ΦRn = 2*Φ0.60Fexx (T )….…(8)
(soldadura en ambas caras
RESIST. POR FRACTURA:
ΦRn = Φ0.60 Fu(t) …...…... (9)
de la plancha)
donde:
T = 0.707(D) t = espesor del perfil Φ = 0.75 por equilibrio de fuerzas: por esfuerzo neto de la soldadura del fondo: Longitudes de soldadura:
DISEÑO EN NUDO 62 (MAS CRITICO EN BRIDA SUPERIOR): DIAGONALES 84 Pu = 5.00 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): Y 85: t= 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = de (8): de (10): de (11): de (12):
ΦRn = f3= f2= f1=
ΦRn =
Pu = f 1 + f 2 + f 3
f 3 = (L3)(ΦRn).….(10)
L1 = f 1/(ΦRn) > 4D …… (13)
L3 = 0.75 pulg 3/16 pulg <1/2"
f 1 = Pu*(1-Y/L3)-f 3/2 ……(11) f 2 = Y*Pu/L3 - f 3/2 ……....(12) L2 = f 2/(ΦRn) 4D …… (14)
Y= D= T= ΦRn =
0.375 1/8 0.088 4.772
pulg pulg pulg Ksi (gobierna)
Y= D= T= ΦRn =
0.375 1/8 0.088 4.772
pulg pulg pulg Ksi (gobierna)
Dmin = 1/8” ΦRn = 6.525 Kip/pulg 4.77 Kip/pulg , de (9): 0.00 Kip (obviando esta fuerza) 2.50 Kip ……… OK (f2 > 0 ) 0.52 pulg (long. minima = 4D) de (14): L2 = 2.50 Kip ……… OK (f1 > 0 ) 0.52 pulg (long. minima = 4D) de (13): L1 = (similar para primeros 8 nudos de brida superior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg)
DISEÑO EN NUDO 2 (MAS CRITICO EN BRIDA INFERIOR): DIAGONALES 109 Pu = 9.25 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): Y 110: t= 5/16 pulg : Dmax = t - 1/16" = de (8):
ademas: C.G. = Centro de Gravedad del Perfil = "Y" L3 = ancho del perfil
4.77
Kip/pulg
, de (9):
Dmin = 1/8” ΦRn = 8.156
L3 = 0.75 pulg 4/16 pulg <1/2" Kip/pulg
Pág. 14
de (10): de (11): de (12):
f3= f2= f1=
0.00 Kip (obviando esta fuerza) 4.63 Kip ……… OK (f2 > 0 ) 0.97 pulg (long. minima = 4D) de (14): L2 = 4.63 Kip ……… OK (f1 > 0 ) 0.97 pulg (long. minima = 4D) de (13): L1 = (similar para primeros 7 nudos de brida inferior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg)
Pág. 15
DISEÑO DE COMPONENTES METALICOS.DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA
TIJERAL N° 5
NOTA : EL DISEÑO DEL TIJERAL ES TIPICO PARA LOS TIJERALES T4, T5 y T6 TOMANDO EL ARCO METALICO MAS CRITICO: 1.46
1.46
1.46
1.46
1.46
1.46
1.45
1.74
.50
1.75
.91
.84
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.73
.83
.91
TIJERAL T5 ELEVACION DE CERCHA
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ACERO : Arcos metalicos: Fy = Fu = corrugado: Fy = SOLDADURA: COBERTURA:
Electrodos: Fexx = Fexx = Pu =
36 KSI 58 KSI 4200 Kg/cm2, 60 KSI 70 KSI 1.50 kg/m2
λc = u= λc =
7.85 Tn/m3, 0.30 7.85 Tn/m3,
Ec =
2,000,000 Kg/cm2
Ec =
2,100,000 Kg/cm2
(E70 XX - AWS, para acero liso) (E70 XX - AWS, para acero corrug.) (POLICARBONATO e=8mm ; catalogo fabricante)
Pág. 16
DISEÑO DE CERCHA METALICA Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura: TIPOS DE CARGAS: CARGA MUERTA (D): Cobertura (catalogo fabricante): D1 = 1.50 kg/m2 10.00 kg/m2 Estructura metalica (estimado a verificar): D2 = 11.50 kg/m2 WD = CARGA VIVA DE TECHO (Lr): 30.00 kg/m2 NTP E.020 WLr = CARGA DE VIENTO (W): Vh = 90.00 km/h (Mapa Eolico del Peru, zona LAMBAYECHE) NTP E.030 NTP E.020 - 2007 θ° barlovento 0.70 de 15°
Ph 0.005xCxVh 2
donde:
sotavento -0.40
Ph = Presión o succión del viento a una altura “h” perpendicular a la superficie, para "h"< 10m (kg/m2) C = factor de forma adimensional (de tabla izquierda) (El signo positivo indica presión y el negativo succión)
BARLOVENTO:
Considerando presion en el Barlovento:
C=
0.70
ρh =
28.35
kg/m2
BARLOVENTO:
Considerando succion en el Barlovento:
C=
0.00
ρh =
0.00
kg/m2
SOTAVENTO
Se tiene succion en el Sotavento:
C=
-0.40
ρh =
-16.20
kg/m2
Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior: METRADO DE CARGAS: 5.55 m A = ancho tributario entre tijerales (m) = B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) = P D = (W D )(A)(B) , CARGA MUERTA (PD): PD = 51.06 kg
CARGA VIVA DE TECHO (PLr):
PLr =
133.20
kg
P W = (ρ h )(A)(B) CARGA DE VIENTO (W): BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento: Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares:
PWp-s = 125.87 PWy = 125.87
kg kg
Se tiene succion en el Sotavento: SOTAVENTO Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares:
PWs-s = -71.93 PWYy = -71.93
kg kg
13.32
kg
P Lr = (W Lr )(A)(B)
CARGA DE LLUVIA (R):
COMBINACIONES DE CARGAS: COMB 01 : COMB 02 : COMB 03 : COMB 04 : COMB 05 : COMB 06 : COMB 07 : COMB 08 : COMB 09 : COMB 10 : ENVOLVENTE:
PR =
0.80
m
(en alta pendiente)
ESPECIFICACION A-4.1 LRFD: 1.4 D 1.2 D + 0.5 Lr 1.2 D + 1.3 Wp-s + 0.5 Lr 1.2 D + 1.3 Ws-s + 0.5 Lr 0.9 D + 1.3 Wp-s 0.9 D + 1.3 Ws-s 1.2 D + 1.6 Wp-s + 0.8 Lr 1.2 D + 1.6 Ws-s + 0.8 Lr 1.2 D + 0.5 R 1.2 D + 0.5 Lr + 0.5 R COMB 01 + ….+ COMB 10
D= Lr = Wp-s = Ws-s = R=
CARGA MUERTA CARGA VIVA CARGA DE VIENTO - BARLOVENTO CARGA DE VIENTO - SOTAVENTO CARGA DE AGUA DE LLUVIA
ANALISIS ESTRUCTURAL:
Pág. 17
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
SECCIONES DEL EJE A al EJE D
SECCIONES DEL EJE E al EJE H
SECCIONES DEL EJE O al EJE R
PERFILES METALICOS
ESTADO CARGA MUERTA (PD)
Pág. 18
ESTADO CARGA VIVA DE TECHO (PLr)
ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)
Pág. 19
ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s)
DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE DEFORMACIONES Se observa que el punto con deflexion maxima esta en la brida inferior, cuyo valor se considera aceptable
Pág. 20
PARA EL DIESEÑO DE SECCIONES SE HAN PROPUESTO LAS SIGUIENTES DIMENSIONES, LAS CUALES SE VERFICARAN SU CAPACIDAD RESISTENTE ANGULO DE ALTA RESISTENCIA SECCIONES PERFIL RECTANGULAR (PULG.) BRIDA SUPERIOR 2" 4" 5/16" BRIDA INFERIOR 2" 4" 5/16" DIAGONAL 2" 2" 1/8"
DISEÑO DE ELEMENTOS A COMPRESION
Fcr 25.32 Ksi
ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: esfuerzo critico en compresion, para acero A-36
Kl 60 r Fcr
donde:
Se elige perfil:
c
y
Barra mas critica: N° 42
de (5):
Kl
Fy
r
E
Pu = L= r>
VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): λc = 0.917 < 1.5 … OK de (6): Fcr = 25.310 Ksi
" "
luego:
Kl r
F
crz
Fy E
GJ __ A r o2
= 0.9175
=
luego: Pn c Fcrft Ag =
DISEÑO DE BRIDA SUPERIOR:
Se elige perfil:
420.2701
130.260 Kips >
Barra mas critica: N° 113
de (5):
VERIFICACION POR PANDEO LOCAL: b b= 2 = 2.00 T T= 4/16 = 0.250
1.91 Kips 62.99 pulg
requiere: Ag = 0.089 pulg2
ry=
0.770
pulg >
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
24.53
Kips > Pu
,
b t
76 = Fy
12.667
> λ
1.324 pulg
1.84
pulg
r …...…MAL
H
2 2 yo x 1 o __ 2 r o
J
S : c 15 S : c 15
Fcry
Fcrft
Pu =
Fcrft Fcrz 2H
1.91
Pu = L= r>
1
OK
9154.50 Kg = 0.347 m = 0.227 pulg
0.877
b1 t13 b2 t 3 2 3
=
20.16 Kips 13.64 pulg
ry=
0.609
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
27.94
Kips > Pu
76 = Fy
12.667
0.075
134.427 Ksi
requiere: Ag = 0.937 pulg2
pulg2 > Ag …...…OK pulg > r …...… OK pulg > r …...… OK
b t
=
L 2" x 2" x 5/16" para toda la brida inferior
0.938 0.609
,
= 0.921 pulg
Fcry = 25.310 Ksi
Ag = rx=
λ = 8.00
Fy
c2 4 Fcry Fcrz H ( f cry Fcrz ) 2
OK
OK (no existe pandeo local)
Fcry (0.658 c ) Fy
" "
……..(7)
pulg2 > Ag …...…OK pulg > r …...…MAL
L 2" x 2" x 1/4"
VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): λc = 0.251 < 1.5 … OK de (6): Fcr = 35.061 Ksi
1.140 0.770
λ = 6.40
< 1.5
……..(6)
Ag = rx=
VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil: Xcg = 0.263 pulg __ r o 2 xo2 yo2 rx2 ry2 = Ycg = 0.263 pulg G= 11200 Ksi b1 = b2 = b - T/2 = c
……..(5)
Pu Ag Fcr
866.37 Kg = 1.600 m = 1.050 pulg
L 2-1/2" x 2-1/2" x 3/16"
VERIFICACION POR PANDEO LOCAL: b b= 2 = 2.00 T T= 5/16 = 0.313
r > KL/60
esfuerzo admisible (Ksi),
Ø = 0.85 (en compresion)
DISEÑO DE BRIDA INFERIOR:
esbeltes admisible
2 (0.658 c ) F y
……..(4)
> λ
OK
OK (no existe pandeo local)
Pág. 21
b t
VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil: Xcg = 0.263 pulg __ r o 2 xo2 yo2 rx2 ry2 = Ycg = 0.263 pulg G= 11200 Ksi b1 = b2 = b - T/2 =
76 Fy
2 2 yo x 1 o __ r o2
0.880 pulg
H
1.88
b1 t13 b2 t 3 2 J
pulg
= 0.821 pulg = 0.0391
3
c
luego:
F
Kl r
crz
Fy E
= 0.2512
GJ __ A r o2
=
luego: Pn c Fcrft Ag =
DISEÑO DE DIAGONALES:
Se elige varilla:
< 1.5
602.1153
181.394 Kips >
Barra mas critica: N° 109
de (5):
Fcry (0.658 c ) Fy 0.877 S : c 15 Fcry Fy c2 Fcrft Fcrz 4 Fcry Fcrz H 1 Fcrft 2H ( f cry Fcrz ) 2
Pu =
Pu = L= r>
20.16
OK
2097.12 Kg = 0.347 m = 0.227 pulg
=
227.632 Ksi
L 2" x 2" x 1/4" para toda la brida superior
4.62 Kips 13.64 pulg (preferible)
requiere: 2 Ag = 0.215 pulg
Ag = rx=
0.442 0.188
2 pulg > Ag …...…OK pulg > r …...…MAL
(se obvia)
ry=
0.188
pulg >
(se obvia)
Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =
5.27
Kips > Pu
Ø 3/4" (corrugado)
VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): λc = 0.816 < 1.5 … OK de (6): Fcr = 14.038 Ksi
Fcry = 35.062 Ksi
S : c 15
r …...…MAL OK
Ø 3/4" (corrugado) similar para primeras 18 diagonales empezando de cada extremo, el resto: Ø 5/8"
DISEÑO DE SOLDADURAS
ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: ESPESOR DE SOLDADURA:
Dmax = t - 1/16" < 1/2”
, Dmin = 1/8”
RESIST. POR SOLDADURA:
ΦRn = 2*Φ0.60Fexx (T )….…(8)
(soldadura en ambas caras
RESIST. POR FRACTURA:
ΦRn = Φ0.60 Fu(t) …...…... (9)
de la plancha)
donde:
T = 0.707(D) t = espesor del perfil Φ = 0.75 por equilibrio de fuerzas: por esfuerzo neto de la soldadura del fondo: Longitudes de soldadura:
ademas: C.G. = Centro de Gravedad del Perfil = "Y" L3 = ancho del perfil Pu = f 1 + f 2 + f 3
f 3 = (L3)(ΦRn).….(10)
L1 = f 1/(ΦRn) > 4D …… (13)
f 1 = Pu*(1-Y/L3)-f 3/2 ……(11) f 2 = Y*Pu/L3 - f 3/2 ……....(12) L2 = f 2/(ΦRn) 4D …… (14)
DISEÑO EN NUDO 62 (MAS CRITICO EN BRIDA SUPERIOR): DIAGONALES 84 Pu = 5.00 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): L3 = 0.75 pulg Y= 0.375 Y 85: t= 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" D= 1/8 Dmin = 1/8” T= 0.088 ΦRn = ΦRn = 6.525 Kip/pulg ΦRn = 4.772 de (8): 4.77 Kip/pulg , de (9): de (10): f3= 0.00 Kip (obviando esta fuerza) de (11): f2= 2.50 Kip ……… OK (f2 > 0 ) 0.52 pulg (long. minima = 4D) de (14): L2 = de (12): f1= 2.50 Kip ……… OK (f1 > 0 ) 0.52 pulg (long. minima = 4D) de (13): L1 = (similar para primeros 8 nudos de brida superior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg) DISEÑO EN NUDO 2 (MAS CRITICO EN BRIDA INFERIOR): DIAGONALES 109 Pu = 9.25 Kip , Seccion: Ø 3/4" (corrugado): L3 = 0.75 pulg Y= 0.375 Y 110: t= 5/16 pulg : Dmax = t - 1/16" = 4/16 pulg <1/2" D= 1/8 Dmin = 1/8” T= 0.088 ΦRn = ΦRn = 8.156 Kip/pulg ΦRn = 4.772 de (8): 4.77 Kip/pulg , de (9): de (10): f3= 0.00 Kip (obviando esta fuerza) de (11): f2= 4.63 Kip ……… OK (f2 > 0 ) 0.97 pulg (long. minima = 4D) de (14): L2 = de (12): f1= 4.63 Kip ……… OK (f1 > 0 ) 0.97 pulg (long. minima = 4D) de (13): L1 = (similar para primeros 7 nudos de brida inferior empezando de cada extremo; el resto: L= 0.50 pulg)
pulg pulg pulg Ksi (gobierna)
pulg pulg pulg Ksi (gobierna)
Pág. 22