ANALISIS ESTRUCTURAL DE ESTRUCTURA METALICA COBERTURA DE ALMACEN Para el cálculo de las armaduras se deberán asumir las siguientes hipótesis:
Los nudos de las estructuras constituyen articulaciones sin rozamiento. Todas las cargas se consideran aplicadas en los nudos y están contenidas en el plano del a estructura. Todas las barras son rectas. Se considera el esquema inicial de la estructura y cargas a pesar de las deformaciones elásticas de barras y apoyos por ser variaciones pequeñas.
Las cargas que se consideran son las siguientes:
Fuerza ejercida por el viento. (Fv) Peso de las coberturas del techo. (Fcob) Peso de las correas (Fc) Peso propio del tijeral (Ftij) Sobrecarga adicional que se toman en cuenta como margen e seguridad. (Fsc) Los cálculos serán hechos según el método LRFD y las consideraciones de carga hechas según el RNE (Reglamento Nacional de Edificaciones).
Características del Terreno
Para efectos de cálculo se ha considerado, uno de los galpones, el terreno es rectangular, cubierto por 7 tijerales espaciados cada 12.5 m, tal como se muestra en el esquema siguiente:
Características del terreno para efectos de calculo:
Área de planta techada: 33x76m2= 2508m2 -
Cobertura Aluzinc: 2065 m2 Cobertura fibra de vidrio: 870 m2
1. Cargas sobre el techo: Considerando la ecuación A4.2 del método LRFD Ftot= 1.2*(Fv + Fcob + Fc + Ftij) +1.6*Fsc A. Fuerza del viento.
La ocurrencia de presiones o succiones p debidas al viento en superficies verticales horizontales o inclinadas de una edificación serán consideradas simultáneamente y se supondrán perpendiculares a la superficie sobre la cual actúan. La carga de viento depende de la forma. Dicha sobrecarga p sobre la unidad de superficie es un múltiplo de la presión dinámica q y se expresa así: p = Cp . Cr . q (kg /m2) Donde: Cp = coeficiente de presión y Cr = es un coeficiente de ráfaga (ambos son números abstractos) q = 0.005 V2 (kg /m2) en donde V está en kilómetros por hora. La velocidad básica del viento se obtendrá de los Mapas Eólicos. En ningún caso se tomarán presiones dinámicas menores de q = 15 kg/m2. Si la construcción no tiene aberturas, se tomará Cpi = ± 0.3 Es una edificación sin abetura: Coeficiente de Presión Exterior Para los muros: C1 = -0.90 C2 = -0.70 C3 = -0.50 Superficie Barlovento: C4 = -0.8 Superficie de Sotavento: C5 = -0.70 El efecto combinado de las presiones exteriores e interiores se toma aplicando: C1 = 0.90 - (+0.3) = 0.6 ó C1 = 0.90 - (-0.30) = 1.2 ; C1 = 1.2 C2 = -0.70 - (+0.3) = -1.0 ó C2 = -0.70 - (-0.30) = -0.4; C2 = -1.0 C3 = -0.50 - (+0.3) = -0.8 ó C3 = -0.50 - (-0.30) = -0.2; C3 = -0.8 C4 = -0.8 - (+0.3) = -0.5 ó C4 = -0.80 - (-0.30) = -1.10; C4 = -1.1 C5 = -0.70 - (+0.3) = -1.0 ó C5 = -0.70 - (-0.30) = -0.4; C5 = -1.0 Velocidad del viento según mapa eólico del Perú, en la zona costera (Arequipa). V=65 Km/h, a 10m de altura. - Carga de viento: q=0.005*V2 q= 0.005*652 q= 21 kg/m2
Con el valor de q ya obtenido y considerando los coeficientes de presión que produzcan el mayor efecto se tiene: p1 = 21*1.2 = 25.2 kg/m2 p3 = 21*(-0.8) = -16.8 kg/m2 p2 = 21*(-1.0) = -21 kg/m2 p4 = 21*(-1.1) = -23.1 kg/m2 p5 = 21*(-1.0) = -21 kg/m2 Las fuerzas sobre el techo son de succión.
A.2 VIENTO LONGITUDINAL A LA CONSTRUCCION. Velocidad del viento:
55 km/h
Presion dinamica:
15.125 kg/m2 -PARA LOS MUROS: Coeficientes de presion: = -0.70 = 0.90 -0.70 = -PARA EL TECHO: (Angulo de Techo=10°) Superficie de Barlovento: =
-1.00
=
-1.00
Superficie de sotavento:
Como la estructura se considera cerrada:
=
0.30
El efecto combinado de las presiones:
(+) 1 2 3 4 5
-0.70 0.90 -0.70 -1.00 -1.00
0.30 0.30 0.30 0.30 0.30
C -1.00 0.60 -1.00 -1.30 -1.30
(-) 1 2 3 4 5
CALCULO DE PRESIONES: P1= P2= P3= P4= P5=
-15.1 kg/m2 18.2 kg/m2
SUCCION
2
-15.1 kg/m -19.7 kg/m2
SUCCION
2
SUCCION
-19.7 kg/m
PRESION SUCCION
Hay que considerar el cálculo e presión del viento
-0.70 0.90 -0.70 -1.00 -1.00
-0.30 -0.30 -0.30 -0.30 -0.30
C -0.40 1.20 -0.40 -0.70 -0.70
C (critico) -1.00 1.20 -1.00 -1.30 -1.30
-
Peso de cobertura: Fcob= 10 Ton
-
Peso de correas: Fc = 12 Ton
-
Peso propio del tijeral: Ftij= 20.8 Ton
-
Fuerza de sobrecarga: Fsc= 50 Ton Fuerza de viento: Fv= 15Ton
-
Fuerza total sobre el techo: Ftot= 1.2*(Fv + Fcob + Fc + Ftij) +1.6*Fsc Ftot= 1.2*(15+10+12+20.8)+1.6*50 = 145 Ton 2. Calculo Estructural. 3.1 Calculo de Tijeral: Las fuerzas se distribuyen de la siguiente manera sobre un tijeral: Marco tijeral, perfil U 4.5x115x450x115mm Diagonales i montantes perfiles C 2.5x20x37x75x37x20mm Perfiles de acero estructural: Fy=2530 kg/cm2 ; E=2.1x104 -
Fuerza sobre tijeral extremo:
Numero de tijerales: 5
= 12 Ton
-
Fuera sobre los nudos:
N= número de nudos en el tijeral.
1 Ton
Estas fuerzas irán distribuidas según se muestra en el grafico siguiente.
Fuerzas obtenidas en elementos de tijeral: (+) Tracción (-) Compresión: Nro Elem. 1 2 3 4 5 6 13 14 15 16 17 18 19
Fuerza (kg) -15.3 -22.2 -25.0 -25.4 -24.3 -24.3 -11.9 -18.0 -3.1 3.8 6.5 6.9 3.8
Elemento Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij. Marco Tij.
Elemento 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
Fuerza (kg) -0.1 17.9 -8.3 -8.4 -5.0 3.7 -2.5 0.6 -0.4 -1.7 -2.0 3.9 0.0
Elemento
Diagonal Diagonal Montante Diagonal Montante Diagonal Montante Diagonal Montante Diagonal Montante Diagonal Montante
3. Análisis de elementos a tracción (crítico): La resistencia de diseño de un miembro: Pn, será la más pequeña de los valores obtenidos DE LAS SIGUIENTES FORMULAS: A. Para la sección bruta del elemento en tensión: Pn=Fy*Ag → Pu=t*Fy*Ag con t=0.90 Ag= Área de la sección. Fy= Esfuerzo de fluencia
B. Para el nudo de unión (diseño por fractura). Pn=Fu*Ae → Pu=t*Fu*Ae con t=0.75 Fu=Esfuerzo de rotura. Ae= área efectiva Ae=Ag*U En nuestro caso: l ≥ 2*w > U=1.0 2*w ≥ l > 1.5*w U=0.87 1.5*w ≥ l > w U=0.75 l=longitud de cordón de soldadura. w= distancia entre soldaduras 4. Análisis de elementos sometidos a compresión Fy = 2530 kg/cm2 E=2.1*106 kg/cm2 Se debe cumplir: Pn>= Pu con Pn=A*Fcr ; =0.85 c =(K* L)/(r*)*(Fy/E)^0.5 = función de esbeltez r=radio de giro mínimo c <= 1.5
Fcr = (0.658) ^ (c)*Fy
/A)^0.5
c > 1.5
Fcr = (0.8779)/(c)*Fy
/A)^0.5
Si
5.
CALCULO DE ELEMENTOS DEL MARCO DEL TIJERAL Marco de tijeral: Perfil U 4.5x115x450x115mm; Área=33.75cm2, rmin = 3.40 cm, K=1 5.1 Elementos a compresión:
Elemento 1 2 3 4 5 6 13 14 15
Longitud(m) 2.73 2.73 2.73 2.73 2.73 2.73 2.69 2.69 2.69
c
Fcr
Pn (ton)
0.88712429 0.88712429 0.88712429 0.88712429 0.88712429 0.88712429 0.87412613 0.87412613 0.87412613
1.81997829 1.81997829 1.81997829 1.81997829 1.81997829 1.81997829 1.83750091 1.83750091 1.83750091
55.0543432 55.0543432 55.0543432 55.0543432 55.0543432 55.0543432 55.5844026 55.5844026 55.5844026
Felem (ton) -15.3 -22.2 -25.0 -25.4 -24.3 -24.3 -11.9 -18.0 -3.1
Pu 46.7961917 46.7961917 46.7961917 46.7961917 46.7961917 46.7961917 47.2467423 47.2467423 47.2467423
Felem
5.2 Elementos a tracción: Elemento 16 17 18 19
Longitud(m) Felem (Ton) 2.69 3.8 2.69 6.5 2.69 6.9 2.69 3.8
Pu (Ton) 76.84875 76.84875 76.84875 76.84875
Felem
6. CALCULO DE DIAGONALES Y MONTANTES Perfiles C 2.5x20x37x75x37x20mm Área= 5.1 cm2, r min = 1.5cm 6.1 Elementos a tracción, calculo critico en los nudos Fu= 3.29 Kg/cm2 l= U= 0.75 10 cm w= 7.5 cm Elemento A Felem (Ton) Ae Pu 28 17.9 10.7 8.025 19.8
6.2 Elementos a compresion A=10.14cm2, rmín=2.8,
Elemento 27 29 31 33 35 37
Longitud(m) 1.46 1.97 2.46 2.96 3.45 3.94
Felem
k=1
c
Fcr 0.31 0.42 0.52 0.63 0.73 0.83
Pn (ton) 2.43 2.35 2.26 2.15 2.03 1.89
24.65 23.86 22.91 21.78 20.54 19.20
Felem (ton) 0.1 8.3 5.0 2.5 0.4 2.0
Pu (Ton) 20.96 20.28 19.48 18.52 17.46 16.32
7. Calculo de Columnas La columna es un tubo de 16” de diámetro, espesor de pared 9.57mm; y 10.0 m de longitud, la columna está empotrada 2.5 m bajo piso Las solicitaciones en toneladas: Carga vertical, reacción de la fuerza aplicada a los tijerales (columna que soporta dos tijerales: 25 Toneladas Seccion Circular: - Diametro exterior: 16” (40.64cm) - Espesor de pared: 0.952 cm - Radio de giro= 28.4 cm A=240.2cm2, Fy=2530Kg/cm2 - Empotrada en el piso: K=2.1
Felem
Rc
Rc= 30 Ton FS=3 Entonces: Rc=90 Ton E = 2.1x106 ton/cm2 Área sección: 240.2 cm2 Factor de longitud efectiva: K=2.1 Longitud: 10m KL= 21m c = L/(r*)*(Fy/E)^0.5 c =0.01 <= 1.5 Elemento 27
Fcr = (0.86)^(c )*Fy
Longitud(m) 10.00
c 0.01
Fcr 2.53
Pn (ton) 607.69
Felem (ton) 90
Pu (Ton) Felem
