1. 3
INTRODUCCIÓN
2.
UNIDADES 3
3.
CÓDIGOS Y NORMAS
4.
MATERIALES
5.
GEOMETRÍA DE LA EDIFICACIÓN
6.
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
7.
DISEÑO DE ELEMENTOS PRINCIPALES
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En la presente Memoria de Cálculo se muestran los cálculos realizados para el análisis y diseño de las estructuras metálicas de la cobertura y de las estructuras de concreto armado que soportará la cobertura correspondiente al proyecto “MEJORAMIENTO DEL SERVICIO EN EL AMBIENTE DEPORTIVO MUNICIPAL, EN BARRIO MUNICIPAL, DISTRITO DE ESPINAR, PROVINCIA DE ESPINAR – CUSCO”. Todos los cálculos estructurales serán realizados usando como unidad de medida el Sistema Internacional (S.I.). En los planos de estructuras, todas las dimensiones se expresarán en metros y los niveles en metros. Los códigos y normas a considerar en el cálculo y diseño de las estructuras metálicas como las de concreto armado se indican en los Criterios de Diseño que forman parte del Expediente. Los materiales a usar para las estructuras metálicas como para las de concreto armado están indicados en los Criterios de Diseño que forman parte del Expediente, los que son: Acero Estructural A-36, Conexiones en Acero Estructural, Soldadura, Concreto f’c=210kg/cm2, Acero de Refuerzo corrugado A -60. Se tomaron las siguientes consideraciones para el modelado de la estructura: -
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La estructura está compuesta por pórticos con columnas de concreto armado de 0.30x0.60m en los cuales se encuentra apoyada la cobertura metálica en forma de arco, de sección tubular 0.10x0.40m con un espesor de 4mm. Los arcos de cada pórtico a su vez están unidas por correas de sección tubular 0.075x0.075 m y espesor de 2mm, transmisoras de carga y que arriostran la estructura.
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Las columnas de Concreto Armado se encuentran arriostradas por una viga de amarre de 0.60x0.40m en una dirección.
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Las uniones de las columnas metálicas a los elementos de concreto se consideraron simplemente apoyadas.
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Se descartó el aporte de los tabiques de albañilería al modelo y a la resistencia lateral, ya que su aporte no es significativo.
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En las figuras a continuación se presenta la geometría del modelo.
: Modelo matemático usando el programa de cálculo Etabs.
: Planta del techo modelado.
: Elevación frontal modelada.
La Zona para se modelará con el programa de cómputo SAP. El SAP es un programa de análisis estructural por elementos finitos que permite también el diseño de los componentes y elementos de la estructura. Se modelará considerando un modelo tridimensional. Se considerarán pórticos de concreto armado como elementos resistentes laterales, por tanto, sus elementos serán principales. Los pórticos tendrán arriostres longitudinales, además se tienen elementos de soporte del cerramiento que dan cierta rigidez lateral y a la vez sirven para el sostenimiento de las coberturas laterales. Las correas y los soportes del cerramiento se modelan como elementos que sólo transmiten cargas axiales (con nodos articulados).
Se verificará el diseño sísmico de acuerdo a la NTE E.030 “Diseño Sismoresistente”. Se evaluará que las derivas sobre la altura del nivel esté dentro
de los valores límites, que para el caso de las columnas de concreto armado es igual a 0.07. Se trabajó con el espectro de diseño que se presenta en la Figura 04. En la Tabla 01 se muestran los porcentajes de la masa de participación modal obtenidos. El primer modo es traslacional en el sentido XX y tiene un periodo de vibración igual a 0.889s (Figura 05), el segundo modo es torsión en planta y tiene un periodo de vibración igual a 0.407s, los modos restantes son modos tanto rotacionales como traslacionales combinados. En la Tabla 01 también se comprueba el número de modos a usar para tener una participación de al menos el 90% de la masa efectiva en el cálculo modal, lo cual se cumple sólo con los seis primeros modos.
: Espectro de Diseño Normativo de acuerdo a la NTE E.030.
: Porcentajes de masa de participación modal.
: Modo Fundamental de la Estructura En la Figura 06 se presenta el modelo deformado por efecto del sismo en la dirección XX. El desplazamiento que se obtiene es 0.0025 metros, el desplazamiento con respecto a la altura (6.0 metros) será igual a 0.00042, la verificación del límite máximo deberá hacerse para un espectro elástico
multiplicado por 0.75R; por tanto el valor que se obtiene será igual a 0.0025, valor dentro del límite establecido por la NTE E.030. De igual manera, en la Figura 07 se presenta el modelo deformado por efecto del sismo en la dirección YY. El desplazamiento que se obtiene es 0.0019 metros, el desplazamiento con respecto a la altura (6.00 metros) será igual a 0.00032, la verificación del límite máximo deberá hacerse para un espectro elástico multiplicado por 0.75R; por tanto el valor que se obtiene será igual a 0.0019, valor dentro del límite establecido por la NTE E.030. Entonces se concluye que el diseño sísmico es satisfactorio.
: Desplazamiento máximo por efecto de la carga sísmica en el sentido XX.
: Despl azami ento máxi mo por
efecto de la carga sísmica en el sentido YY.
La NTE E.030 “Diseño Sismoresistente” establece un valor sísmico en la base
mínimo a considerar en el análisis dinámico para el diseño de los elementos, dependiendo de la regularidad del edificio. Ya que se trata de una estructura regular la cortante mínima será igual al 80% de la cortante sísmica evaluada por el Método de la Fuerza Horizontal Equivalente (FHE). En la Tabla 02 se observa la carga axial total, y en la Tabla 03 se tienen los valores de las fuerzas cortantes en la base para el análisis espectral en la Dirección XX y en la Dirección YY. La carga axial en la base es igual a 112.515 toneladas, realizando el Análisis Estático V=(ZUCS/R)*P , se obtiene V=0.11*P, resultando un Cortante en la Base Estático en ambas direcciones de 12.38 toneladas; el 80% de esta fuerza serán 9.90 toneladas. La fuerza cortante de la fuerza sísmica en la dirección XX del análisis dinámico es igual a 6.62 toneladas; por tanto, tendrá que escalarse por 1.495 para considerar la fuerza cortante mínima en la base, esta consideración sólo es para los casos de carga de diseño. De igual manera en la dirección YY la fuerza sísmica en la base es igual a 7.62 toneladas, entonces el caso de carga sísmico en la dirección YY deberá escalarse por 1.29.
: Cortante en la Base para la Fuerza Horizontal Equivalente.
: Cortante en la Base para el Análisis Dinámico.
Sólo se analizaron los efectos de las cargas de viento en el sentido YY, ya que en el sentido XX los efectos no son considerables. La NTE E.020 “Cargas” establece como
valor límite 1% H, el desplazamiento sobre la altura. En la Figura 08 se observa el desplazamiento debido a las cargas de viento en el sentido YY, para la altura del elemento de 6.0 metros el desplazamiento relativo será 0.0095, que es un valor por debajo del límite normativo.
: Desplazamiento máximo por efecto de la carga de viento en el sentido XX.
El diseño de los elementos se hizo íntegramente en el programa SAP, los elementos se encuentran
desempeñándose hasta un 70% de su capacidad.(Figura 09)
: Desempeño de los elementos estructurales de Acero A- 36. En la Tabla 04 se presenta el diseño Sección Tubular de Arco Metálico 100x400x40mm
: Diseño de Sección AM-01 100x400x40 mm
: Cuadro de Secciones Tubulares utilizadas
En la Tabla 05 se presenta el diseño Sección Tubular de Correas del Arco Metálico 75x75x20mm
: Diseño de Sección CM-01 75x75x20 mm
El diseño de los elementos se hizo en el programa SAP con las verificaciones necesarias.
: Diseño de Columna 30x60cm
: Envolvente de Diagrama de Momentos en Columna
: Envolvente de Diagrama Axiales en Columna