DISEÑO DE COBERTURAS METALICAS
CODIGOS Y ESTANDARES PARA EL DISEÑO DE COBERTURA METALICA Reglamento Nacional De Edificaciones (RNE) Norma Peruana de cargas (E-020) Norma Peruana De Estructuras Metálicas (E-090) Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI -318-02). AISC Specification for Structural Steel Buildings – Allowable Stress Design ASD 1989 UBC Uniform Building Code 1997 International Building Code (IBC 2000) American Institute of Steel Construction: Manual ASD 89 ESPECIFICACIONES Velocidad del viento: Sobrecarga (S/C): liviana)
75 km/h 30 kg/m2 (techo con cobertura
CARGAS I.- Análisis por carga vertical o de servicio Carga viva Carga muerta
-
II.- Análisis de Viento VIII.3.1 DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS EN PATIO DE FORMACION DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES: Tijeral Principal:
-
TAS VIGUE TRE O EN TIPIC
1A
1.23 1.23
4.82
2A
.50
.55 .70
A
3.70
2.42
2A
2.42
3.70
4.11
2B
25.70
Esc. 1/50
.70
B
-
Viguetas:
.10
PLANTA DETALLE 1
.30
eje Arco
eje Arco
DETALLE 1
DETALLE 2
CORTE A .60
Esc: 1/10.
ELEVACION
.25
DETALLE 3
DETALLE VIGUETA METALICA VC-1 (DE COMPRESION)
ESC. 1/ 25
.10
PLANTA DETALLE 1 DETALLE 2
.30
eje Arco
DETALLE 1
CORTE B
.60
Esc: 1/10.
.25
ELEVACION
DETALLE 3
DETALLE VIGUETA METALICA VT-1 (VIGUETA DE TRACCION)
-
ESC. 1/ 25
Cobertura con Planchas de tipo onda traslucida e=1.75 mm, ver catalogo Fabricante
CARGA DINAMICAS PUNTUALES EN LA ESTRUCTURA Cargas Muerta:
peso de la estructura metálica más cobertura (peso de cobertura aprox. 2.16 kg/m2) Wd=10.16 kg/m2
Carga Viva reducida: 30 Kg/m2
Wlr=30.00 kg/m2
Carga de viento: Se calcula según la expresión: Ph= 0.005.c.V2 (kg/m2) Velocidad de diseño: 45 km/h (Ver mapa eólico- Zona: Cajamarca) Angulo de inclinación de superficie (θ): 9.36° (zona de Baja pendiente) 29.31º (Zona de alta pendiente)
Determinación de factor de forma C: DESCRIPCION Arcos
BARLOVENTO +0.8
SOTAVENTO -0.5
Determinación de cargas de presión y succión Ph (Kg/m2): DESCRIPCION Presión Succión Barlovento Sotavento
22.50 -14.06
ESTRUCTURACION Especificaciones – materiales empleados: ACERO: Arcos metálicos: Fy = 36 KSI Fu = 58 KSI Corrugado: Fy = 4200 Kg/cm2, SOLDADURA:
λc = 7.85 Tn/m3, u= 0.30 λc = 7.85 Tn/m3,
Ec = 2, 000,000 Kg/cm2 Ec = 2, 100,000 Kg/cm2
Electrodos: Fexx = 60 KSI (E70 XX - AWS, para acero liso) Fexx = 70 KSI (E70 XX - AWS, para acero corrug.) Pu = 2.16 kg/m2 (Planchas Tipo Onda; catalogo
COBERTURA: fabricante)
ARCOS METALICOS: El tipo de miembros estructurales empleados son perfiles tipo ángulo y varillas de acero liso, con las siguientes características: Nro
Diametro (Ø)
Barra #
pulg.
cm
Peso
Area
Perimetro
Kg/m
cm2
cm
2
1/4
0.6350
0.2483
0.3167
1.99
3
3/8
0.9525
0.5586
0.7126
2.99
4
1/2
1.2700
0.9931
1.2668
3.99
5
5/8
1.5875
1.5518
1.9793
4.99
6
3/4
1.9050
2.2346
2.8502
5.98
7
7/8
2.2225
3.0415
3.8795
6.98
8
1
2.5400
3.9726
5.0671
7.98
CUADRO DE ARMADURAS AM-02 ACERO A36 / G°60 (fy= 4200 kg/cm2)
1a
2"x2"x1/8"
BRIDA SUP. - tipo a
2a 2b
3"x2"x1/4" 2"x2"x1/8"
BRIDA INF.
3a
1"x1"x1/8"
DIAGONALES - tipo a MONTANTES - tipo a
- tipo a - tipo b
4
Ø 3/8" - liso
COLGADORES
5
Ø 3/4 "- liso
TENSORES
6b Ø 3/8" - liso
ARRIOSTRES - tipo b
1"x1"x1/8" 1"x1"x1/8"
CUERDA SUP.- tipo a CUERDA INF.- tipo b
7a 7b
(en varillas)
DISEÑO DEL ARCO METÁLICO (MODELO TRIDIMENSIONAL):
MODELAMIENTO EN SAP2000 V.15.0 DE LA ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL
DISEÑO DE COBERTURA METALICA PARABOLICA NORMAS EMPLEADAS - Reglamento Nacional de Edificaciones (Perú) - Normas Técnicas de Edificación (N.T.E): - N.T.E E-020: CARGAS - N.T.E E-060: CONCRETO ARMADO - N.T.E E-030: DISEÑO SISMORRESISTENTE - N.T.E E-090: ESTRUCTURAS METALICAS - N.T.E E-050: SUELOS Y CIMENTACIONES - A.C.I 318 -2008 (American Concrete Intitute) - Building code Requirements for Structural Concrete - AISC - LRFD 99 MATERIALES EMPLEADOS ACERO:
fy Fu ɣs µ Es
SOLDADURA:
= 36.00 Ksi = 2530.00 kg/cm2 = 58.00 Ksi = 4080.00 kg/cm2 = 7.85 Tn/m3 = 0.3 = 2040000.00 kg/cm2 Electrodos:
COBERTURA: Pu
ESTRUCTURACION
Fexx =
= 5.500 kg/m2
70.00 Ksi (E70 XX - AWS) (Perfil CURVO CU-6, catalogo del fabricante )
ESTADOS DE CARGA CARGA MUERTA: El valor de las cargas muertas empleadas comprende el peso propio de los elementos (cerchas metalicas, viguetas, arriostres, columnas, planchas,etc), según carácterísticas de los materiales. -
estructura metálica (a verificar) luminarias cobertura (catálogo del fabricante) D
= = = =
6.000 kg/m2 2.000 kg/m2 2.160 kg/m2 10.160 kg/m2
CARGA VIVA: el valor de la carga viva empleada es de 30 kg/m2 (coberturas), según especificaciones de la NTP E-020 - 7.1 -
SOBRECARGA
= 30.000 kg/m2 L = 30.000 kg/m2
CARGA VIVA: el valor de la carga vica empleada es de 50 kg/m2 (coberturas), según especificaciones de la NTP E-020 - 7.1 -
-
SOBRECARGA
= 50.000 kg/m2 L = 50.000 kg/m2
VELOCIDAD DE DISEÑO Vh = Velocidad de Diseño en la altura h (km/h) V = Velocidad de Diseño hasta 10m (Mapa Eolico) h = altura sobre el terreno Vh = Vhmin =
-
45.63 Km/h 75.00 Km/h
= 45.00 Km/h = 10.65 m
(E.020 - 12.3)
PRESION DEL VIENTO Ph = Presión del viento a una altura h (kg/m2) C = factor de Forma (Barlovento) 0.80 (Sotavento) -0.50 Vh = velocidad de diseño en la altura h BARLOVENTO - considerando presion - considerando succion
Ph Ph
= 22.50 kg/m2 = -22.50 kg/m2
Barlovento Barlovento
SOTAVENTO - Se tiene succion
Ph
= -14.06 kg/m2
Sótavento
viento en arcos metalicos θ = 9.36° (angulo promedio en zona en baja pendiente) θ = 29.31° (angulo promedio en zona en alta pendiente)
MAPA EOLICO DEL PERU - ISOTACAS
CARGAS EN LOS NUDOS Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior, según el caso mas critico en cada direccion A = 4.90 m B = 0.615 m n = 2
ancho tributario entre arcos ancho tributario entre nudos de brida superior numero de bridas superiores comprendidas en "A"
CARGA MUERTA (PD) PD = 15.31 kg CARGA VIVA DE TECHO (PLr) PLr = 45.20 kg Barlovento CARGA DE VIENTO (W) - ARCOS Pw = ( ρh)(A)(B)/n = 33.90 kg BARLOVENTO: Considerando presion en el Barlovento Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: Pwx = Pw*sen( θ) Pwx = Pw*cos( θ) θ =
9.36°
Pwx = Pwy =
5.51 kg 33.45 kg
(zona de baja pendiente)
θ =
29.31°
Pwx = Pwy =
16.60 kg 29.56 kg
(zona de alta pendiente)
BARLOVENTO: Considerando succion en el Barlovento Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: Pwx = Pw*sen( θ) Pwx = Pw*cos( θ) θ =
9.36°
Pwx = Pwy =
5.51 kg -33.45 kg
(zona de baja pendiente)
θ =
29.31°
Pwx = Pwy =
16.60 kg -29.56 kg
(zona de alta pendiente)
SOTAVENTO: se tiene succion en el sotavento Descomponiendo esta fuerza en componentes rectangulares: Pwx = Pw*sen( θ) Pwx = Pw*cos( θ) θ =
9.36°
Pwx = Pwy =
-3.45 kg -20.91 kg
(zona de baja pendiente)
θ =
29.31°
Pwx = Pwy =
-10.37 kg -18.48 kg
(zona de alta pendiente)
COMBINACIONES DE CARGA especificaciones LRFD -99
Sotavento -21.19 kg
COMBINACIONES DE CARGA especificaciones LRFD -99
Se entiende que las combinaciones corresponden a los casos más críticos De dichas combinaciones, el diseño Estructural se efectúa con la “ENVOLVENTE” definida con dichas combinaciones
CARGA MUERTA
CARGA VIVA
CARGA DE VIENTO BARLOVENTO
CARGA DE VIENTO SOTAVENTO
CARGA DE SISMO
ESPECTRO INELASTICO DE SISMO SEGÚN NORMA SISMORESISTENTE E.030 - 2016 C 3 S3
U 1.00 Z 0.35 Tp (s) 1.00 TL (s) 1.60 S 1.10 Concreto Armado, Porticos Rx 8.0
Coeficicente de Red. X-X
Coeficicente de Red. Y-Y
C 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.50 2.27 2.08 1.92 1.79 1.67 1.56 1.38 1.23 1.11 1.00 0.83 0.69 0.59 0.51 0.44 0.25 0.16 0.11 0.08 0.06 0.05 0.04
Concreto Armado, Porticos Ry 8.0
Direccion X Regular Irregular
La 1.00 1.00
Lp 1.00 1.00
Direccion Y Regular Irregular
La 1.00 1.00
Lp 1.00 1.00
T (s) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00
Sa X-X C/R ZUCS/R 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.2841 0.1094 0.2604 0.1003 0.2404 0.0925 0.2232 0.0859 0.2083 0.0802 0.1953 0.0752 0.1730 0.0666 0.1543 0.0594 0.1385 0.0533 0.1250 0.0481 0.1033 0.0398 0.0868 0.0334 0.0740 0.0285 0.0638 0.0246 0.0556 0.0214 0.0313 0.0120 0.0200 0.0077 0.0139 0.0053 0.0102 0.0039 0.0078 0.0030 0.0062 0.0024 0.0050 0.0019
Sa Y-Y C/R ZUCS/R 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.3125 0.1203 0.2841 0.1094 0.2604 0.1003 0.2404 0.0925 0.2232 0.0859 0.2083 0.0802 0.1953 0.0752 0.1730 0.0666 0.1543 0.0594 0.1385 0.0533 0.1250 0.0481 0.1033 0.0398 0.0868 0.0334 0.0740 0.0285 0.0638 0.0246 0.0556 0.0214 0.0313 0.0120 0.0200 0.0077 0.0139 0.0053 0.0102 0.0039 0.0078 0.0030 0.0062 0.0024 0.0050 0.0019
Rx a usar = Ry a usar = factor a escalar
8.0000 8.0000 1.00
ESPECTRO DE SISMO NORMA SISMORESISTENTE E.030 - 2016 0. 14
0. 12
0. 10
ZUCS/R
Categoria Edificio Zona Sísmica Tipo de Suelo
Sa X-X 0. 08
Sa Y-Y 0. 06
0. 04
0. 02
0. 00 0. 00
1. 00
2. 00
3. 00
4. 00
5. 00
PERIODO T
6. 00
7. 00
8. 00
9. 00
10.00
SECCIONES EN EL ARCO
RATIOS DE CAPACIDAD
TODOS LOS RATIOS SON MENORES A 1, ENTONCES LAS SECCIONES PROPUESTAS SON CORRECTAS A EXCEPCION DEL TENSOR, EL CUAL EL PROGRAMA LO CONSIDERA DE UNA LONGITUD INFINITA (ESBELTO)
CHEQUEO DE SECCIONES
se chequea lo mismo para todos los elementos
CHEQUEO DE PLACAS DE APOYO
el maximo esfuerzo es de 9.76 ksi, es menor a 36ksi
