MEMORIA DE CALCULO ESTRUCTURAL Proyecto
: Nuevas Oficinas Gerencia de Mantenimiento
Cliente
: Empresa Siderurgica del Perú – SIDERPERU
Contratista
: EPINSAC.
Ubicación
: Chimbote, Del Santa, Region Ancash
Enero - 2013
CONTENIDO
1. GENERALIDADES -
Objetivo
-
Descripción de la estructura a instalar
-
Normatividad
2. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN. -
Análisis de Desplazamiento
-
Verificación de esfuerzos
3. CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA. -
Característica de los materiales.
-
Resumen del tipo de refuerzo
4. ESTADOS DE CARGAS. -
Cargas por peso propio
-
Cargas Vivas
-
Cargas de Viento
5. ANALISIS Y DISEÑO DE VIGUETA METALICA. 5.1. Introducción de datos al SAP 5.2. Análisis
6. ANALISIS Y DISEÑO DE TIJERAL METALICO. 6.1 Datos generales de la Estructura 6.2 Diseño de Tijeral Metálico M-01
6.2.1 Predimensionamiento 6.2.2 Estados de carga 6.2.3 Metrados de Carga 6.2.4 Combinaciones de Carga 6.2.5 Análisis 6.2.6 Diseño de Elementos de acero Diseño de elementos en compresión Diseño de elementos en tracción
1. GENERALIDADES
Objetivo: La finalidad del presente documento es realizar los cálculos justificativos del diseño estructural de las Estructuras Metálicas: COLUMNA, TIJERAL y VIGUETA de la COBERTURA.
Descripción de la Estructura
La estructura a calcular es: -
Un tijeral plano de tubo de 2”x2”,e=2.5cm, con una luz de L=12.33m
-
Vigueta metálica de 5.74m de luz, 0.40m de peralte, 0.125m de ancho, con perfil de 1”x1”x3/16”, con tejido de varilla de D=1/2”, brida inferior de D=5/8”.
NORMATIVIDAD
Se considera en la VERIFICACION ESTRUCTURAL la normatividad: o
RNE 2009, Capítulo E020 Cargas.
o
RNE 2009, Capítulo E090 ACERO
2. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
Análisis de desplazamientos: Se verificará los desplazamientos obtenidos en el programa SAP2000
V15.00 tomando como referencia los establecidos en la Norma correspondiente.
Verificación de esfuerzos: Entre los parámetros que intervienen en la VERIFICACIÓN
ESTRUCTURAL se encuentran la resistencia al corte, flexión, carga axial en los perfiles de la cobertura.
Se ha considerado para su diseño cargas propias, cargas vivas, cargas de viento.
3. CARACTERÍSTICAS DE LA ESTRUCTURA
Características de los materiales: o
Resistencia mecánica del concreto f’c = 210 Kg/cm2
o
Módulo de Elasticidad del concreto E = 2173700.0 Kg/cm2
o
Resistencia a la fluencia del acero grado 60, fy = 4200 Kg/cm2
o
Perfiles Laminados, ASTM A36, Fy= 36 KSI
Elementos de Acero:
Vigueta de L1”x1”x3/16”, tejido de Ø1/2”, brida inferior Ø5/8”
4. ESTADOS DE CARGAS
Cargas por peso propio: Son cargas provenientes del peso de los materiales, luminarias, instalaciones, etc.
Cargas vivas: Cargas que provienen de los pesos no permanentes en la estructura, y de montaje.
Cargas producidas por viento: Análisis de las cargas producidas por la acción de ráfagas de viento sobre la estructura metálica.
P=Cq x Cr x q (Kg/m2)
Donde:
P = Presión del viento Cp= Coeficiente de presión Cr= coeficiente de ráfaga q= presión dinámica
Cp= Cpe - Cpi q= 0.005 v2 (kg/m2) F +
Coeficiente de presión exterior Cpe E A
j 0° 90°
A 0.9 -0.1
B -0.5 -0.7
C -0.7 0.9
D -0.7 -0.5
E * -1
F -0.7 -1
* Coef. Presión Cpe para la cubierta de barlovento E q 0 10 20 30 40 50 Cpe -1 -0.8 -0.4 0 0.4 0.5
j=0 ±0.3 0.8 -0.5 -0.5 -0.5
Coeficiente de Presión interior: Cpi Abertura uniformemente distribuidas Abertura predominantes en el lado A Abertura predominantes en el lado B Abertura predominantes en el lado C Abertura predominantes en el lado D n= porcentaje de abertura en el muro
60 0.6
j=90 ±0.4 -0.5 -0.5
70 0.7
80 0.8
90 0.9
n 0% >30%
-0.5
Resumen de Cargas:
oCargas Muertas (WD):
Peso propio de concreto armado
= 2400
Cobertura
= 5 kg/m2.
Kg/m3
= 1 Kg.
Sistema de Luminarias cenital
oCargas Vivas (WL):
Sobrecarga de cobertura =
30
Kg/m2
oCargas de Viento (W):
Se toma de referencia la Norma E.020 y ASCE 7-98.
5. ANALISIS Y DISEÑO DE VIGUETA METALICA 5.1
Introducción Gráfica de Cargas al SAP2000:
Debido a que el programa SAP2000 hace la distribución automática de las cargas muertas de perfiles, se introdujeron las cargas vivas por metro cuadrado sobre la cobertura.
Se aprecia en las siguientes figuras las cargas sobre la cobertura
Carga Muerta 5 kg/m2 (0.85 Kg por Nudo de vigueta)
Carga Viva Distribuida de Cobertura 0.030Tn/m2 (4.5 Kg por nudo de Vigueta)
Carga de Viento para una velocidad de 65 kmph 4Kg por Nudo en barlovento 6Kg por Nudo en sotavento 5.2
Analisis
De acuerdo al estudio realizado, se observaron algunos puntos críticos en la estructura, los cuales serán analizados en esta sección para determinar que se cumpla con lo exigido en el Reglamento Nacional de Edificaciones.
Geometría de la Vigueta 1
Modelo Estructural
5.3
Introducción de datos al SAP2000 Combinaciones de Cargas Empleadas:
Las combinaciones de cargas usadas para encontrar la envolvente de esfuerzos sobre los elementos de la estructura son las siguientes:
COMB1
:
COMB2
:
1.4 D
1.25 D +1.60 L
COMB3, COMB4
:
1.25 D + 1.60 L ± 0.8W
COMB5, COMB6
:
1.25 D + 0.5 L ± 1.3W
COMB7, COMB8
:
0.9D ± 1.3W
Donde: D: Carga permanente. L: Carga Viva. W: Viento.
5.4
Verificación de Estructuras Metálicas
CARACTERISTICAS DE MATERIALES Las propiedades mínimas para los materiales considerados en este estudio son los siguientes: Acero Estructural Perfiles Laminados, ASTM A36
Fy=
36 kip
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO La selección de los elementos se hizo considerando el método de Diseño LRFD considerado en AISC 2005, Manual of Steel Construction Allowable Stress Design. American Institute of Steel Construction. Para el cálculo estructural con la geometría en 3D de la planta, se utilizó el software SAP2000.
DETALLE 1
DETALLE 1 DETALLE 2
DETALLE 3
DETALLE VIGUETA METALICA VC-01 (DE COMPRENSION)
Reporte L1”x1”x3/16”:
Se presenta el reporte del elemento más esforzado.
El elemento es adecuado tiene un ratio de 0.102
Reporte tejido varilla lisa de Ø1/2”
El elemento es adecuado tiene un ratio de 0.761
Reporte brida inferior varilla lisa de Ø5/8”
El elemento es adecuado tiene un ratio de 0.338
6. ANALISIS Y DISEÑO DE COMPONENTES DE ARCOS METALICOS
DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA
6.1
CONFIGURACION GENERAL - TECHO METALICO 6.1.1
ESPECIFICACIONES- MATERIALES EMPLEADOS:
6.1.2
ESTRUCTURACION
ARCOS METALICOS: El tipo de miembros estructurales empleados son varillas de acero liso y corrugado, con las siguientes caracteristicas: Nro Barra #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 # 10 # 11 # 12 # 13 # 14 # 15 # 16 # 17 # 18
Diametro (Ø) pulg. cm. 1/4" 0.64 3/8" 0.95 1/2" 1.27 5/8" 1.59 3/4" 1.91 7/8" 2.22 1" 2.54 1 1/8" 2.86 1 1/4" 3.18 1 3/8" 3.49 1 1/2" 3.81 1 5/8" 4.13 1 3/4" 4.45 1 7/8" 4.76 2" 5.08 2 1/8" 5.40 2 1/4" 5.72
Peso Area Perimet ro cm kg/m cm2 0.2483 0.32 1.99 0.5586 0.71 2.99 0.9931 1.27 3.99 1.5518 1.98 4.99 2.2346 2.85 5.98 3.0415 3.88 6.98 3.9726 5.07 7.98 5.0278 6.41 8.98 6.2072 7.92 9.97 7.5107 9.58 10.97 8.9383 11.40 11.97 10.49 13.38 12.97 12.166 15.52 13.96 13.966 17.81 14.96 15.89 20.27 15.96 17.939 22.88 16.96 20.111 25.65 17.95 COLUMNAS METALICAS: Los miembros estructurales empleados son tubos cuadrados huecos. En el cálculo se
interactua probando diversas secciones del grupo definido en el cuadro "Auto Selection Sections " mostrado abajo. En el cuadro "Box/Tube Section " se muestra las propiedades de una de las secciones de dicho grupo.
6.2
DISEÑO DE TIJERAL METALICO "T - 01"
6.2.1
PRE-DIMENSIONAMIENTO :
Se asume en todos los elementos:
6.2.2
A = 10.00
cm2
ESTADOS DE CARGAS:
Identificando los tipos de cargas intervinientes en cada direccion de la Estructura:
CARGAS GRAVITACIONALES:
CARGA MUERTA (D):
NTE E.020 - TABLA 1:
:CARGA VIVA DE TECHO (Lr): WLr
CARGAS LATERALES (SENTIDO LONGITUDINAL):
=
30.00 kg/m2
CARGAS DE VIENTO (W): V h = V(H/10)
NTE E.020 - Art. 12 →:
Viento en Arcos metalicos:
V = 50.00
km/h H ≈ 5.00
m (alt. prom. desde terreno) VH = 50.00 km/h
θ =12.940 ° (pendiente promedio de la superficie - zona de baja pendiente) θ = 36.950
° (pendiente promedio de la superficie - zona de alta pendiente)
NTE E.020 - TABLA 4 → Ph = 0.005(C) (V h 2 )
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)
BARLOVENTO :
SOTAVENTO
Considerando presion:
C =
0.8
ρh =
10.00
kg/m2
(en arcos)
Considerando succion:
C =
-0.8
ρh =
-10.00
kg/m2
(en arcos)
Se tiene succion:
C =
-0.5
ρh =
-6.25
kg/m2
(en arcos)
CARGAS LATERALES (SENTIDO TRANSVERSAL):
CARGAS DE SISMO (E):
SISMO DINAMICO:
CALCULO DEL ESPECTRO (NTE E.030 – 2006
6.2.3
METRADOS DE CARGAS:
Calculando las cargas concentradas sobre los nudos de la brida superior, según el caso mas critico en cada direccion
CARGA MUERTA (PD):
P D = (W D )(A)(B)/n ,
PD =
60.00
kg
CARGA VIVA DE TECHO (PLr):
P Lr = (W Lr )(A)(B)/n
PLr =
180.00
kg
CARGA DE VIENTO (W) - ARCOS:
P W = (ρ h )(A)(B)/n
CARGA DE SISMO (E) - COLUMNAS: SISMO DINAMICO:
Se aplica el Espectro de Seudo Aceleraciones definido en el Item anterior
SISMO ESTATICO:
repartiendo la carga total
V=
525.20 kg proporcionalmente a cada columna:
V = 262.60 kg (en columnas de extremos)
6.2.4
COMBINACIONES DE CARGAS:
Especificacion A-4.1 LRFD - 99:
(se entiende que "W" y "E" corresponden
a los casos mas criticos de Viento y Sismo respectivamente)
6.2.5
ANALISIS ESTRUCTURAL:
NUMERACION DE NUDOS Y BARRAS
ESTADO - CARGA MUERTA (PD)
ESTADO - CARGA VIVA DE TECHO (PLr)
ESTADO - CARGA DE VIENTO (PWp-s)
ESTADO - CARGA DE VIENTO (S-S)
ESTADO – DISEÑO DE SECCION
ESTADO – MOMENTOS POR ENVOLVENTE
ESTADO – FUERZAS CORTANTES POR ENVOLVENTE REPORTE DE DISEÑO DE TIJERAL TUBO 2”X2”X2.5MM
REPORTE DE DISEÑO DE COLUMNA TUBO 4”X4”X4MM
