análisis y diseño de una estructura metálica con cubierta en arco en la ciudad de cusco
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MEMORIA DE CALCULO
DESCRIPCION DEL PROYECTO
El trabajo consiste en el análisis y diseño estructural de la estructura metálica tipo pórtico empleada para proteger la zona adoquinada en el área de Stacker. Dicha estructura cubre un área de 272.45 m2 y perímetro de 80.51m. Un elemento típico (en elevación) se muestra a continuación.
En planta, la disposición es la siguiente:
.90 1. 4
3.12
3.12
3.53
3.53
3.53
3.53
1 . 0 2
3.53
3.53
3.53
3.71
3.71
.90
1 0. 4
3 0 . 1
1 0. 4
4 0 . 1
1 .0 7
4 0 . 1
1 .0 7
7 0 . 1
1 . 0 4
7 0 . 1
1 .0 4
. 1 5
4 1 .
4 0 . 1
1 . 0 2
4 0 . 1
.90
2.91
2.91
3.53
3.53
3.53
3.53
3.53
3.53
3.53
3.71
3.71
.90
3 0 . 1 4 1 .
Se puede observar que está compuesta por 10 pórticos unidos mediante 10 correas longitudinales. Los pórticos están separados a 3.71m, 3.53m y 3.12m. Para el análisis se tomará el más desfavorable (3.71m).
Tanto los elementos verticales (columnas), horizontales (vigas) y correas serán de tubos estructurales de acero. NORMAS EMPLEADAS
Para el análisis y diseño se hace uso del Reglamento Nacional de Edificaciones y del AISC a través de las siguientes normas:
Constituido por el peso de la cobertura de calamina además del peso propio de los elementos constituyentes del pórtico. Carga muerta por Cobertura Metálica
Cercha crítica @ 3.71 m.
Plancha de calamina: 2.40 mx0.83 m – 2.54 kgf/m2.
Área tributaria: 3.53 x 8.63 = 30.5 m2
Peso total de la calamina: 30.5 x 2.54 = 77.5 kg
Luego la carga se repartirá puntualmente como sigue: 4P D = 77.5 P D = 19.4 kg (en número de 3) 0.5P D = 9.7 kg (uno a cada lado)
Peso propio de elementos constituyentes
El software utilizado (RAM Elements de Bentley) lo considera en forma automática
Carga de Viento:
De acuerdo al RNE tenemos que la velocidad de viento está dada por la fórmula: Vh
0.22
V (h / 10)
Donde: Vh: Velocidad de diseño en la altura h en Km/h. V: Velocidad de diseño hasta 10 m de altura en Km/h. h: Altura sobre el terreno en metros.
La presión exterior ejercida por el viento es, de acuerdo al RNE: Ph
0.005C Vh2
Donde: Ph: Presión ejercida por el viento a una altura h, en Km/m2. C: Factor de forma adimensional igual a 0.3. Vh: Velocidad de diseño a la altura h en Km/h, definida anteriormente. Con estos datos, tenemos los siguientes resultados:
Vh = V(h/10)^^0.22 = 85(1)^^0.22 = 85 km/hora
Ph = 0.005 C Vh^^2 =0.005(0.3)(85)^^2 = 10.8 kgf/m2
Luego la fuerza distribuida perpendicular a la cercha será de 10.8 x 30.5 = 329.4 kgf Luego la carga se repartirá puntualmente como sigue: 4P v = 329.4 P v = 82.4 kg (en número de 3) 0.5P v = 41.2 kg (uno a cada lado) Como estas fuerzas son perpendiculares al techo (el techo tiene inclinación de 9 grados) los descomponemos en fuerzas verticales y horizontales: P v en Y = 82.4 * 0.998 = 81.41 kg P v en X = 82.4 * 0.156 = 12.41 kg
Sobrecargas:
Carga Viva Constituido por el peso de las personas y equipos durante las etapas de montaje y mantenimiento. En nuestro caso:
Considerando una carga viva de 30 kgf / m2 (techos livianos cualquiera sea su inclinación), tendremos que: 4P L = (30 x 30.5) = 915 kgf P L = 228.75 kgf 0.5P L = 114.38 kgf
MATERIALES
Los perfiles de acero serán de acero estructural según la Norma ASTM A36: fy = 2,500 kgf / cm2.
CALCULO DE LAS FUERZAS ACTUANTES EN LA ESTRUCTURA
Para el cálculo estructural se utilizó las siguientes combinaciones de cargas: Condiciones de carga
Estado Descripción DS1 DS2 DS3 DS4 DS5 DS6
Comb.
1.4CM Si 1.2CM+1.6CV Si 1.2CM+0.8CW Si 1.2CM+1.6CW Si 1.2CM+CV+1.6CW Si 0.9CM+1.6CW Si
El resumen del diseño por resistencia para todos los estados de carga es el siguiente: Estados de carga considerados : DS1=1.4CM DS2=1.2CM+1.6CV DS3=1.2CM+0.8CW DS4=1.2CM+1.6CW DS5=1.2CM+CV+1.6CW DS6=0.9CM+1.6CW Descripción COL1
VIG1
Sección Miembro Ec. ctrl
Ratio
Estatus Referencia
DS1 en 100.00% DS2 en 100.00% DS3 en 100.00% DS4 en 100.00% DS5 en 100.00% DS6 en 100.00%
0.10 0.80 0.14 0.20 0.65 0.18
Bien Bien Bien Bien Bien Bien
(H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b)
4
DS1 en 100.00% DS2 en 100.00% DS3 en 100.00% DS4 en 100.00% DS5 en 100.00% DS6 en 100.00%
0.10 0.80 0.15 0.21 0.66 0.19
Bien Bien Bien Bien Bien Bien
(H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b)
2
DS1 en 100.00% DS2 en 100.00% DS3 en 100.00% DS4 en 100.00% DS5 en 100.00% DS6 en 100.00%
0.01 0.05 0.01 0.02 0.05 0.02
Bien Bien Bien Bien Bien Bien
(H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b)
3
DS1 en 0.00% DS2 en 0.00% DS3 en 0.00% DS4 en 0.00% DS5 en 0.00% DS6 en 0.00%
0.10 0.84 0.15 0.22 0.69 0.20
Bien Bien Bien Bien Bien Bien
(H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b)
5
DS1 en 100.00% DS2 en 100.00% DS3 en 100.00% DS4 en 100.00% DS5 en 100.00% DS6 en 100.00%
0.01 0.05 0.00 0.00 0.03 0.00
Bien Bien Bien Bien Bien Bien
(H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b)
6
DS1 en 0.00%
0.10
Bien
(H1-1b)
STube 5x3x3_16 1
DS2 en 0.00% DS3 en 0.00% DS4 en 0.00% DS5 en 0.00% DS6 en 0.00%
0.84 0.15 0.22 0.69 0.20
Bien Bien Bien Bien Bien
(H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b) (H1-1b)
Los máximos desplazamientos se producen en: Nodo 12 Dy = -1.79 cm con la combinación DS2=1.2CM+1.6CV Nodo 7 Dy =0.572 cm con la combinación DS5=1.2CM+CV+1.6CW CONCLUSIONES
Del análisis de la estructura se concluye lo siguiente:
Los elementos estructurales (columnas y vigas) serán tipo tubo estructural: 5” x 3” x 5/16”
Las correas serán tipo tubo estructural: 2” x 2” x 3/16”