Mem.calculo_La Curacao Huanuco2009(Parte2)

VI. VI. ANALI NALISI SIS S Y DISE DISE O DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA

GEOMETRIA:

PLANTA GENERAL

ELEVACION TIJERAL

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ACERO : Tijerales: Fy = corrugado:

SOLDADURA: COBERTURA:

Fu = Fy =

Electrodos: Fexx = Pu =

36 KS KSI 58 KS KSI 4200 Kg/cm2, 60 KS KSI 10.50 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

(E60 XX - AWS) (catalogo fabricante)

1

DISE O DE TIJERALES

PRE-DIMENCIONAMIENTO SECCION DE ELEMENTOS DEL TIJERAL : Para un calculo inicial, se asume para todos los elementos:

TIPOS DE CARGAS: CARGA MUERTA (D):



10.00 cm2

A=

Identificando los tipos de cargas intervinientes en la Estructura:



D1 = D2 = WD =

10.50 kg/m2 20.00 kg/m2 30.50 kg/m2



WLr =

30.00 kg/m2

Cobertura (catalogo fabricante): Estructura metalica (estimado a verificar):

CARGA VIVA DE TECHO (Lr): NTP E.020 - 2006

CARGA DE VIENTO (W): NTP E.030 - 2006



NTP E.020 - 2007  θ° barlovento de 15° 0.70 -0.30 a 60°

BARLOVENTO: BARLOVENTO: SOTAVENTO

Vh = 65.00 km/h = θ = 20% Ph  0 .005xCxV h sotavento

2

(Mapa Eolico del Peru, zona Huanuco) 11.31 ° = pendiente de la superficie, en grados (°) donde: 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)

-0.60

Considerando presion en el Barlovento:

C=

0.70



ρh =

Considerando succion en el Barlovento:

C=

-0.30



ρh =

Se tiene succion en el Sotavento:

C=

-0.60



ρh =

14.79 kg/m2 -6.34 kg/m2 -12.68 kg/m2

METRADO DE CARGAS:

Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior: 6.00 m A = ancho tributario entre tijerales (m) = B = ancho tributario entre nudos de brida superior(m) =

CARGA MUERTA (P D): CARGA VIVA DE TECHO (P Lr ):

(W D )(A)(B) ,



PD =

P Lr =

(W Lr )(A)(B)



PLr =



PWp-s = PWx =



PWy =

99.37 97.44 . 19.49



PWs-s = PWx = PWy =

-42.59 kg -41.76 kg -8.35 kg

PWs-s = PWx = PWy =

-85.18 kg -83.52 kg -16.70 kg

Descom oniendo esta fuerza en com onentes rectan ulares: PWx = PW*sen(θ) y PWy = PW*cos(θ)

BARLOVENTO:

ons eran o succ on en e aroveno:

Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares:



SOTAVENTO

e ene succ on en e o aveno:

Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares:

 

COMBINACIONES DE CARGAS:

204.96 kg 201.60 kg

P D =

P W = (ρ h )(A)(B) CARGA DE VIENTO (W): ons eran o pres on en e aroveno: BARLOVENTO:

m

1.12

kg k kg

ESPECIFICACION A-4.1 LRFD:

ANALISIS ESTRUCTURAL:

NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS

2

ESTADO CARGA MUERTA (PD)

Lr

ESTADO CARGA DE VIENTO (PWp-s)

ESTADO CARGA DE VIENTO (PWs-s) 3

DIAGRAMA-ENVOLVENTEDE DEFORMACIONES Se observa la deflexion maxima en el centro de la brida inferior, cuyo valor se considera aceptable



DIAGRAMA-ENVOLVENTE DE FUERZA AXIAL TABLE: Element Forces - Frames

Frame

P

Text Kgf 1 1176.2 brida Inf 2 6397.9 brida Inf 3 7659.2 brida Inf 4 7619.2 brida Inf 5 7018.2 brida Inf 6 6876.8 brida Inf 7 7336.0 brida Inf 8 7233.3 brida Inf 9 5826.9 brida Inf 10 0.0 brida Inf (+): traccion (-): compresion

DISE O DE ELEMENTOS A TRACCION: Ag min 

donde:

Pu

……(1)

 F y

Ø = 0.90 (en traccion) ,

DISE O DE BRIDA INFERIOR:

P

Text 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Kgf -5842.7 -7212.1 -7250.9 -6716.1 -5880.1 -5954.2 -6793.6 -7331.4 -7294.7 -5925.0

Frame Text 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

brida sup brida sup brida sup brida sup brida sup brida sup brida sup brida sup brida sup brida sup

P

Frame

Kgf -3037.2 montante -1496.6 montante -614.2 montante 92.9 montante 574.5 montante 1888.2 montante 463.1 montante -77.1 montante -658.2 montante -1537.3 montante -3080.6 montante

ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: L L ……(2) An Pu  300  r min  min  r 300  F U

Text 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

P Kgf 5873.8 diagon. 1461.1 diagon. -130.4 diagon. -816.0 diagon. -1350.5 diagon. -1157.7 diagon. -650.2 diagon. 169.7 diagon. 1562.6 diagon. 6031.9 diagon.

……(3)

u

Ø = 0.75 U = 0.85

Barra mas critica: N° 3



Ae = (U)(Ag) ,

Pu = de (1):

2L 1" x 1" x 3/16", d= 1/4": Ag = 0.680 pulg2 > Ag …… OK Ae = 0.578 pulg2 > An …… OK Similar para resto de elementos de la brida Inferior

"r" = radio de giro

7659.23 Kg =

L=

1.125 m =

r>

0.148 pulg

16.87

Kips

requiere:

44.29

pulg

Ag = An =

2

0.521 pulg 2 0.456 pulg

Se elige perfil:

   

Frame



r x =

0.297

pulg > r …... OK



r y =

0.533

pulg > r …... OK

4

DISE O DE MONTANTES:


Pu = de (1):

1888.17 Kg =

L=

1.50 m =

r>

0.197 pulg

2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4": Ag = 0.469 pulg2 > Ag …… OK Ae = 0.399 pulg2 > An …… OK Similar para montantes n° 24, 25, 26 y 27

4.16 Kips

requiere:

59.06 pulg

2

0.128 pulg 2 0.112 pulg

Ag = An =

Se elige perfil:

   

DISE O DE DIAGONALES:


Pu = de (1):



r x =

0.304

pulg > r …...



r y =

0.519

pulg > r …...

6031.91 Kg =

L=

1.17 m =

r>

0.154 pulg

2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4": Ag = 0.469 pulg2 > Ag …… OK Ae = 0.399 pulg2 > An …… OK Similar p ara diagonales n°32, 33, 39, 40 y 41

OK OK

13.29 Kips

requiere:

46.06 pulg

Ag =

2

0.410 pulg 0.359 pulg

An =

Se elige perfil:

   

DISE O DE ELEMENTOS A COMPRESION  Fcr  25.32 Ksi K l r F cr

donde:

0.304

pulg > r …...



r y =

0.519

pulg > r …...

OK OK

ESPECIFICACIONES AISC - LRFD 99: esfuerzo critico en compresion, para acero A-36

esbeltes admisible

2  ( 0 . 658  c ) F y

esfuerzo admisible (Ksi),

Ø = 0.85 (en compresion)


y

c 

de (5):

Kl

F y

 r

E

……..(4)

r > KL/60



……..(5) ……..(6)



Ag



Pu

……..(7)

 F cr

Pu =

7331.41 Kg =

16.15 Kips

requiere:

L= r>

1.15 m = 0.755 pulg

45.28 pulg

Ag =

2L 1 1/2" x 1 1/2" x 3/16", d= 1/4":

Se elige perfil:

r x =

 60

DISE O DE BRIDA SUPERIOR:







OK 0.457 pulg > r …. MAL 0.729 pulg > r …. MAL

Ag =

1.050

r x = r y =

2

0.750 pulg

2

pulg > Ag …

(se obvia) (se obvia)

VERIFICACION POR ESBELTES: de (7):



λc =

de (6):



Fcr =

Puadm = Ø(Fcr)(Ag) =

1.111 < 1.5 … OK 21.473 Ksi

19.16

Kips > Pu

OK

> λ=

OK

VERIFICACION POR PANDEO LOCAL:  

b= T=

b T

1 1/2 3/16

= =

1.50 " 0.188 "

λ = 8.00

b

,

76



t

=

12.667

F y

(no existe pandeo local)

VERIFICACION POR PANDEO FLEXOTORSIONAL: Del perfil:

Xcg = Ycg = G=

0.000 pulg 0.444 pulg 11200 Ksi

__

r o 2  xo2  y o2  r x2  r y2

=

0.937 pulg

b1 = b2 = b - T/2 = c 

F

luego:

Kl

Fy

r 

E

crz

= 1.1111

GJ  __ A r o 2

luego: Pn   c F crft Ag

DISE O DE MONTANTES:



Se elige perfil:

< 1.5



=

150.024

=

41.147 Kips >




de (5):

2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4":

1.41



pulg



H



J

c ) Fy Fcry  ( 0 . 658

S :  c  15

Fcry 

F crft 

 F crz

F crft

2 H

OK

 1   

0 . 877

 c2 4 F cry

 2 2   x o  y o   __    r o 2

b 1 t 1 3  b 2 t 32 3



S :  c  15

1 

Fcry =

21.473 Ksi

F crz H  2

  

=

46.1027 Ksi

2L 1 1/2" x 1 1/2" x 3/16", d= 1/4": Similar para elementos de toda l a brida inferior

Pu =

16.15

Pu =

3080.59 Kg =

6.79

Kips

requiere:

L= r>

0.30 m = 0.197 pulg

11.81

pulg

Ag =

Ag = r x =

0.469

pulg2 > Ag …

0.304

pulg >

r ….

r y =

0.519

pulg >

r ….



= 0.0124

Fy

( f cry  F crz ) 

= 0.776 pulg

2

0.315 pulg

OK OK OK 5

VERIFICACION POR ESBELTES: de (7):



λc =

de (6):



Fcr =


0.436 < 1.5 … OK 33.250 Ksi

13.26

OK

Kips > Pu


b= T=

b T

1 1/8

= =

1.00 " 0.125 "

, b

λ = 8.00

76



t

=

12.667

OK

> λ=

F y



Xcg = Ycg = G=

0.000 pulg 0.296 pulg 11200 Ksi

__

r o

2



2 xo



2 y o



2 r x



2 r y

=

0.449 pulg



b1 = b2 = b - T/2 =

0.94 pulg



c 

Fy

r 

E

F

luego:



crz

= 0.4357

GJ __ A r o 2

=






288.691

=

DISE O DE DIAGONALES:

< 1.5



S :  c  15

Fcry

 ( 0 . 658  c ) Fy

S :  c  15

Fcry



61.436 Kips >


2 H

Pu =

de (5):

6.79

Pu =

1350.45 Kg =

L= r>

1.69 m = 1.109 pulg

2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4":

Se elige perfil:

OK

b1 t 1 3  b 2 t 32 3

Fcry =

= 0.0024

33.250 Ksi

154.11 Ksi =  2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4": similar para resto de montantes excepto montantess n° 24, 25, 26 y 28

( F cr y  F cr z )

2

2.97 Kips

requiere:

66.54 pulg (preferible)

2

0.138 pulg

Ag =

OK 0.304 pulg > r …. MAL 0.519 pulg > r …. MAL 0.469

r y =

= 0.566 pulg

4 F cr y F cr z H 



Ag = r x =



 2 2   x o  y o   __  2   r o

Fy

 c2

 1  

F cr y  F c rz

F c r f t 

0 . 877

1 

J 

; Kl



H

pulg2 > Ag …

(se obvia) (se obvia)

VERIFICACION POR ESBELTES: de (7): de 6:



λc =



Fcr =


2.455 < 1.5 … MAL 14.038 . Ksi

5.60

OK

Kips > Pu


b= T=

b T

1 1/8

= =

1.00 " 0.125 "

λ=

b

8.000 ,



t

76

=

12.667

OK

> λ=

F y



Xcg = Ycg = G=

0.000 pulg 0.296 pulg 11200 Ksi

__

2

2

2

2

r o 2  xo  y o  r x  r y

=

b1 = b2 b - T/2 =  c 

luego:

F

Kl

Fy

r 

E

crz



= 2.4546

GJ __ A r o 2


> 1.5



0.449 pulg 0.94

S :  c  15



F crft 

= 82.876 Kips >

DISEÑO DE SOLDADURAS

Pu =

pulg

Fcry 

F crft  F crz 2 H

2.97

OK

 1   

H



Fcry  ( 0 . 658

S :  c  15

= 288.691



0 . 877 2 c

1 

c

 2 2   x o  y o   __  2   r o

b1 t 1 3  b 2 t 32 3

J 

) Fy

= 0.566 pulg = 0.0024

Fcry =

5.240 Ksi

=

207.892 Ksi

Fy F crz H 

4 F cry

( f cry  F crz ) 



2

  

2L 1" x 1" x 1/8", d= 1/4": simil ar para diago nales n° 34, 35, 36, 37, y 38

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) ΦRn = Φ0.60 Fu(t) …...…... (9)

(soldadura en ambas caras

RESIST. POR FRACTURA:

donde:

T = 0.707(D) t = espesor de plancha Φ = 0.75 por equilibrio de fuerzas: por esfuerzo neto de la soldadura del fondo: Longitudes de soldadura:

de la plancha)

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)

6

DISE O EN NUDO 1: BARRA 1: escogiendo: ΦRn =

de (8): de (10): de (11): de (12):

Pu = t=

f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 0.82 1.77

escogiendo:

Pu = t=

ΦRn = f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 1.98 4.71

BARRA 21:

de (8): de (10): de (11): de (12):

DISE O EN NUDO 2: BARRA 2: escogiendo:

Pu = t=

ΦRn = f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 4.48 9.61

de (8): de (10): de (11): de (12):

BARRA 1:

2.59 Kip , 1/4 pulg :

Seccion: 2L 1" x 1" x 3/16": L3 = 1.00 pulg Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" Dmin = 1/8” Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg Kip (obviando esta fuerza) Kip … OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 0.50 pulg  Kip … OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 0.50 pulg  6.69 Kip , 1/4 pulg :

Seccion: 2L 1" x 1" x 1/8": L3 = 1.00 pulg Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" Dmin = 1/8” Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg Kip (obviando esta fuerza) Kip … OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 0.50 pulg  Kip … OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 0.99 pulg 

14.09 Kip , 1/4 pulg :


Y= D= T= ΦRn =

0.318 1/8 0.088 4.772

pulg pulg pulg Ksi (gobierna)

(long. minima = 4D) (long. minima = 4D) Y= D= T= ΦRn =

0.296 1/8 0.088 4.772


(long. minima = 4D) (long. minima = 4D)

Y= D= T= ΦRn =

0.318 1/8 0.088 4.772



similar al nudo 1

BARRA 22: escogiendo: ΦRn =

de 8 : de (10): de (11): de (12):

f 3= f 2= f 1=

Pu = t= 4.77 . 0.00 0.98 2.32

3.30 Kip , 1/4 pulg :

Seccion: 2L 1" x 1" x 1/8": L3 = 1.00 pulg Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" Dmin = 1/8” Ki / ul , de 9 : ΦRn = 6.525 . Ki / ul Kip (obviando esta fuerza) Kip … OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 0.50 pulg  Kip … OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 0.50 pulg 

Y= D= T= ΦRn =

0.296 1/8 0.088 4.772 .

pulg pulg pulg Ksi obierna

(long. minima = 4D) (long. minima = 4D) 0.0032

BARRA 32: escogiendo:

Pu = t=

ΦRn = f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 3.83 9.11

de (8): de (10): de (11): de (12):

DISE O EN NUDO 6: BARRA 26: escogiendo: ΦRn =

de (8): de (10): de (11): de (12):

Pu = t=

f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 1.23 2.93

escogiendo:

Pu = t=

BARRA 5:

ΦRn =

de (8): de (10): de (11): de (12):

f 3= f 2= f 1=

12.94 Kip , 1/4 pulg :


4.16 Kip , 1/4 pulg :


Seccion: 2L 1" x 1" x 3/16": L3 = 1.00 pulg Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" Dmin = 1/8” 4.77 Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg 0.00 Kip (obviando esta fuerza) 4.92 Kip … OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 1.03 pulg  10.54 Kip … OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 2.21 pulg 

Y= D= T= ΦRn =

0.296 1/8 0.088 4.772



Y= D= T= ΦRn =

0.296 1/8 0.088 4.772



0.318 1/8 0.088 4.772



similar para barra 6


Pu = t=

2.97 Kip , 1/4 pulg :

Seccion: 2L 1" x 1" x 1/8": Dmax = t - 1/16" = Dmin = 1/8”

L3 = 1.00 pulg 3/16 pulg <1/2"

Y= D= T=

0.296 pulg 1/8 pulg 0.088 pulg 7

ΦRn = f 3= f 2= f 1=

de (8): de (10): de (11): de (12):

4.77 0.00 0.88 2.09

Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg Kip (obviando esta fuerza) Kip … OK (f2 > 0 ) de (14): L2 =  Kip … OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 

ΦRn = 0.50 0.50

pulg pulg

4.772 Ksi (gobierna)



DISE O EN NUDO 13: BARRA 12: escogiendo: ΦRn = f 3= f 2= f 1=

de (8): de (10): de (11): de (12):

Pu = t=

15.89 Kip , Seccion: 2L 1 1/2"x1 1/2"x 3/16": L3 = 1.50 pulg 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" Dmin = 1/8” 4.77 Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg 0.00 Kip (obviando esta fuerza) 4.70 Kip … OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 0.99 pulg  11.18 Kip … OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 2.34 pulg 

Y= D= T= ΦRn =

0.444 1/8 0.088 4.772




BARRA 22:

similar al nudo 1


Pu = t=

ΦRn = f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 0.95 2.27

de (8): de (10): de (11): de (12):


Pu = t=

ΦRn = = f 2= f 1=

4.77 . 3.88 9.23

de (8): de (11): de (12):

3.22 Kip , 1/4 pulg :


13.11 Kip , Seccion: 2L 1 1/2"x1 1/2"x 3/16": L3 = 1.50 pulg 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" Dmin = 1/8” Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg Kip … OK Kip … OK

(f2 > 0 ) (f1 > 0 )

 

de (14): de (13):

L2 = L1 =

0.81 1.93

pulg pulg

Y= D= T= ΦRn =

0.296 1/8 0.088 4.772



Y= D= T= ΦRn =

0.444 1/8 0.088 4.772



2.07 4.91


BARRA 26:

similar al nudo 6


Pu = t=

ΦRn = f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 3.86 9.19

escogiendo:

Pu = t=

ΦRn = f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 2.01 4.78

escogiendo:

Pu = t=

de (8): de (10): de (11): de (12):

BARRA 31:

de (8): de (10): de (11): de (12):

BARRA 41:

de (8): de (10): de (11): de (12):

ΦRn = f 3= f 2= f 1=

4.77 0.00 3.93 9.35

13.05 Kip , Seccion: 2L 1 1/2"x1 1/2"x 3/16": L3 = 1.50 pulg 1/4 pulg : Dmax = t - 1/16" = 3/16 pulg <1/2" Dmin = 1/8” Kip/pulg , de (9): ΦRn = 6.525 Kip/pulg Kip (obviando esta fuerza) Kip … OK (f2 > 0 ) de (14): L2 = 0.81 pulg  Kip … OK (f1 > 0 ) de (13): L1 = 1.93 pulg  6.79 Kip , 1/4 pulg :



Y= D= T= ΦRn =

0.444 1/8 0.088 4.772



0.296 1/8 0.088 4.772

pulg 87.5 pulg pulg Ksi (gobierna)


0.296 1/8 0.088 4.772



8

Mem.calculo_La Curacao Huanuco2009(Parte2)

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