“Modelación ETABS: Ingresar espectro de diseño sísmico según NCh 433 of 96, modificada 2009”
Autor: Fabiana Rubio Ritchie Curso: Análisis Sísimico Profesor: Diego Valdivieso Cascante Fecha: Abril 2015
Este es un documento de referencia, refer encia, en proceso de realización. Asique queda sujeto a revisión. Modelación ETABS: Ya realizados los análisis de manera manual se utiliza el programa de análisis estructuras ETABS v9.7.4. En el programa debe ingresarse la información del edificio para que este realice los análisis.
Comenzando un archivo nuevo: ¡Lo primero y más importante, cambiar las unidades de medida del archivo completo, en la parte inferior derec ha de la pantalla de ETABS! Cuando se ingresa un modelo nuevo sale la siguiente opción:
En esta opció n se puede ingresar de manera preliminar la grilla en “Grid Dimensions (plan)” , donde se pone el número de líneas y luego el espaciamiento entre ellas. Además se puede ingresar de manera preliminar los niveles del edificio en “Story
Dimensions…”, donde se ingresa el número de niveles, luego la altura entre ellos en “Typical Story Height ” y la opción “ Bottom Story Height ” es para poner la altura del primer nivel.
Luego se puede modificar las grillas como los niveles en:
“Edit”
, también puede abrirse esta opción si se apreta el botón “Edit Grid Data” secundario.
1
2
3
1) Aquí sale siguiente información: Nombre de la grilla, coordenada de la grilla, tipo de linea, visibilidad, ubicación de la burbuja de información y color de la grilla. 2) En esta opción se puede cambiar si se pone la información de las coordenadas de la grillas o también puede ponerse a la distancia que se encuentra una grilla de la siguiente 3) En esta opción se pone el tamaño de la burbuja de información.
“Edit Story Data”, esta opción también puede abrirse si se apreta el botón secundario.
Definición de materiales, ver la barra superior:
“ Define”
“ Material Properties”
“ Add New Material ”
Definición de la sección transversal de vigas:
“Define”
“Frame Sections”
Se abre la siguiente pestaña y para ingresar una nueva sección, selección “ Add ….” Encerrada en rojo, donde lo que e stá en punto suspensivo es el tipo de viga que se desee usar, (por ejemplo: viga rectangular, viga tipo t, viga tipo canal etc…)
Y al seleccionar la sección transversal a utilizar se abre la siguiente pestaña, entonces las propiedades de cada viga se definen así:
Y las diferentes secciones transversales se definen de manera análoga a la recién mostrada.
Definición de los muros y las losas:
“Define”
“Wall/Slab/Deck Sections
Luego seleccionar en el cuadrado rojo donde dice “ Add New…” donde el
punto suspensivo puede ser “ Slab” o “ Wall ” . Donde Slab significa Losa, y Wall significa Muro.
Y la definición de los muros es la siguiente:
Definición de story Ya definidas las características del edificio se debe empotrar, seleccionando todos los puntos de la base, en la base en la opción: o
“Assign”
o
“Join/Point”
o
“Restraints (Supports)…”
o
Seleccionar que estén todos los movimientos restringidos, selec cionando con el tickets todas las opciones o el dibujo de apoyo empotrado.
Carga sobre las losas: Las diferentes losas están cargadas según e l plano de cargas. Además se considera la carga de las escaleras. Las cargas consideradas son las siguientes:
“Define”
“Static Load Cases…”
Ya definidas todas las sobrecargas, debe cargarse c ada losa con su respectiva sobre carga, entonces se ingresar a :
“Assign” , existen tres casos:
“Join/Point Loads” este caso es para poner cargas puntuales.
“Frame/Line Loads” donde Frame/Line Loads es para cargar cada viga (o element lineal). Esta carga puede ser puntual o lineal.
“ Point ”: pone cargas puntuales que donde se indique en la parte Point Loads.
“ Distributed ”: se ponen cargas distribuidas en la viga
“Shell/Area/Loads” : en esta opción se cargan todos los elementos t ipo losa y muro.
Para ver las cargas debe serleccionarse el elemento a mirar, y se ingresa en:
“Display”
“Show Loads” , elegir la opción requerida:
Que se verá así:
“Joint/Point”
“Frame Line”
“Shell/Area”
Definir masa sísmica: o
“Define”
o
“Mass Source” , se pone la opción “ From Loads”, porque nosotros ya ingresamos los pesos propios y sobrecargas (la primera opción se utiliza si hubiésemos ingresado una masa equivalente sísmica)
El factor que se debe ingresar es el que indica la norma :
Ya teniendo ingresadas las características del e dificio es posible encontrar el valor del periodo natural de la estructura (Tx y Ty). De la tabla “Modal Participating Mass Ratios”. Donde se consideraron la cantidad de modos de vibrar necesarios para que para
acumular al menos el 90% de la masa sísmica en cada dirección. Como indica la norma (página 27 Nch 433 mod 2009).
Ingresar cantidad de modos de vibrar: o
“Analyze”
o
“Set Analysis Options…” , aquí ingresar a “Set Dymamic Parameters…”
E ingresar el número de modos de vibrar.
La cantidad de modos de vibrar se ingresa en función de la siguiente condición:
En la tabla la columna “SunUX” y “SumUY”, e s donde debe verificarse que la suma sea
mayor a 90%, en el siguiente ejemplo salen en el rectángulo rojo. Además para seleccionar cuál es el periodo de la estructura se selecciona el periodo de la masa mayor del sentido de análisis.
Mode Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
1
0,1731
8,3965
48,8845
0
8,3965
48,8845
2
0,1459
47,9211
12,245
0
56,3176
61,1295
3
0,1101
5,1029
4,7903
0
61,4205
65,9199
4
0,0639
0,0001
0,1112
0
61,4206
66,031
5
0,0606
0
0,005
0
61,4206
66,036
6
0,06
0,0007
0,5283
0
61,4212
66,5643
7
0,0577
0,0899
0,0001
0
61,5111
66,5644
8
0,0557
0,0007
0,0283
0
61,5118
66,5927
9
0,0537
0,0001
0,0396
0
61,5119
66,6323
10
0,0469
0,2527
7,2799
0
61,7645
73,9121
11
0,0449
0,7904
6,7018
0
62,5549
80,6139
12
0,0423
20,2611
1,2109
0
82,816
81,8248
13
0,0377
0,0044
0,1653
0
82,8205
81,9901
14
0,0324
0,0828
4,0868
0
82,9033
86,0769
15
0,0314
0,0084
2,181
0
82,9118
88,2579
16
0,0299
0,0008
0,043
0
82,9126
88,3009
17
0,0294
0,0505
0,0002
0
82,9631
88,3011
18
0,0293
0,0021
0,0916
0
82,9652
88,3927
19
0,0268
0,003
0,0281
0
82,9682
88,4208
20
0,0263
0,0448
0,0525
0
83,0129
88,4733
21
0,0245
0,106
0,145
0
83,1189
88,6183
22
0,0245
0,5885
0,0256
0
83,7074
88,644
23
0,0242
0,062
3,7916
0
83,7694
92,4356
24
0,0238
3,3554
0,0111
87,1248
92,4467
25
0,0233
3,3512
0,015
0 0
90,476
92,4617
Por lo tanto:
Espectro de diseño:
Ahora que ya se tiene el valor de los periodos naturales de cada direcc ión de análisis se puede ingresar el espectro de diseño de indica la norma y se puede definir el espectro de respuesta que actúa en un sismo. Primero se ingresa el espectro de respuesta sísmico.
“Define”
“Response Respectrum Function…”
Y agregar el nuevo espectro “Sx” ya calculado según el método modal espectral mostrado en la norma. Donde dice “ Choose Function Type to
Add ”, seleccionar “User Spectrum”, luego seleccionar la opción “ Add New Spectrum…” , para ingresarlo a mano.
También puede exportarse los valores del espectro , donde dice “Choose Function Type to Add ”, debe seleccionarse la opción “Spectrum from file” y después de marcar esa opción, poner “ Add New Function…”
Después de ingresarse el espectro de diseño debe definirse el sismo a analizar:
“Define”
“Response Spectrum Cases…”
1 2
3
4
En esta opción deben ingresar 4 datos: 1) Nombrar al tipo de sismo. 2) La norma indica lo siguiente con respecto al amortiguamiento crítico:
Por esto en la parte “Estructural and Function Damping ” se ingresa el valor 0,05.
3) Se define para cada dirección de análisis que espectro se utiliza y en “Scale F actor”, se ingresa el factor de reducción definido en la norma R* (aunque debe ingresarse 1/R*, para que reduzca la aceleración) 4) Luego se debe ingresar la excentricidad de cada diafragma, en la opción “Override” en el cuadro rojo: Y se hace lo mismo de forma análoga para el sismo en “y”:
Ahora se debe comprar la información entre el método modal espectral y el e stático, para ello se debe realizar el método estático a mano e ingresar la información de los F x y Fy al Etabs para poder comprar. Ingresar a:
“Define”
“Static Load Cases” , se abre la siguiente opción:
Crear una carga que haga referencia al sismo en X y en Y, del tipo “QUAKE” y en la opción “ Auto Lateral Load ”, después de eso apretar “Modify Lateral Load ” y se abre la opción para
ingresar el Fx del sismo calculado en el método estático y se realiza para e l análisis en “Y” lo mismo pero ingresando los valores para “Y”.
Verificar si el corte según el método modal espectral (sacarlo de ETABS),cumple con el corte mínimo indicado en la NCh 433
Ahora se debe realizar la comparación entr e los cortes: Para observar los gráficos:
“Display”
“Show Story Response Plots…”
En la opción Case seleccionar la car ga sísmica a observar (en este caso “sismo x” es el caso estático y “sx” es el modal espectral)
En la opción “ Show ” seleccionar la opción “Story Shears”, para observar el
corte.
Corte por piso:
Para comprar los datos:
“Display”
“Show Tables…”, para filtrar lo que se quiere ver (en este caso solo se desea las
fuerzas del método estático y el método modal espectral en este caso s e llaman “sismox” y “sx”)
Análisis en x Story
VX estático VX espectral
Análisis en y Story
VY estático VY espectral
5
8305
8549
5
8305
9012,3
5
8305
8549
5
8305
9012,3
4
122831
151566,7
4
122831
135239,9
4
122831
151566,7
4
122831
135239,9
3
217212
250729,8
3
217212
228227,7
3
217212
250729,8
3
217212
228227,7
2
291872
300980,8
2
291872
279122,8
2
291872
300980,8
2
291872
279122,8
1
384111
367868,9
1
384111
366139,6
1
384111
367868,9
1
384111
366139,6
Análisis en "x" 6 5 4
Vx estático
3
VX espectral
2 1 0 -100000
0
100000 200000 300000 400000 500000
Análisis en "y" 6 5 4
Vy estático
3
VY espectral
2 1 0 -100000
0
100000 200000 300000 400000 500000
Se observa una variación pequeña entre los valores del método estático y el análisis espectral. Además de que cumple las disposiciones explicitadas en la NCh433 of 96.
Desplazamientos (Drifts)
La Norma NCh 433 of 96 indica lo siguiente con lo que respecta a los drifts y desplazamientos:
5.9.2 El desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, medido en el centro de masas en cada una de las direcciones de análisis, no debe ser mayor que la altura de entrepiso multiplicada por 0,002. 5.9.3 El desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, medido en cualquier punto de la planta en cada una de las direcciones de análisis, no debe exceder e n más de 0,001 h al desplazamiento relativo correspondiente medido en el centro de masas, en que h es la altura de entrepiso. Además: 1. Diaphragma Drift: desplazamiento de las masas pertenecientes a diafragmas de piso. 2. Story Drift: desplazamiento relativo máximo de las masas pertenecientes al piso, cualquiera que este sea, no necesariamente perteneciente al nivel de losa del piso. Los Drift se obtienen de la siguiente tabla:
“Display
“Show Tables…”
Drift máximo: Altura de entrepiso, h=3,5 m
0,001h=0,001*3,5 = 0,0035 m
Drifts:
Story
Item
Load
DriftX
5
Max Drift X
SX
0,000018
5
Max Drift Y
SX
5
Max Drift X
SY
5
Max Drift Y
SY
4
Max Drift X
SX
4
Max Drift Y
SX
4
Max Drift X
SY
4
Max Drift Y
SY
3
Max Drift X
SX
3
Max Drift Y
SX
3
Max Drift X
SY
3
Max Drift Y
SY
2
Max Drift X
SX
2
Max Drift Y
SX
2
Max Drift X
SY
2
Max Drift Y
SY
1
Max Drift X
SX
1
Max Drift Y
SX
1
Max Drift X
SY
1
Max Drift Y
SY
DriftY
Condición DriftX Condición DriftY CUMPLE
0,000019 0,000007
CUMPLE CUMPLE
0,000036 0,000036
CUMPLE CUMPLE
0,000027 0,000024
CUMPLE CUMPLE
0,000058 0,000036
CUMPLE CUMPLE
0,000026 0,000026
CUMPLE CUMPLE
0,000056 0,000023
CUMPLE CUMPLE
0,00002 0,000018
CUMPLE CUMPLE
0,000042 0,000006
CUMPLE CUMPLE
0,000008 0,000007
CUMPLE CUMPLE
0,000016
CUMPLE
Desplazamiento máximo: Altura de entrepiso, h=3,5 m
0,002h=0,002*3,5 = 0,007 m
Desplazamientos:
Story Load
UX
UY
Condición Ux Condición Uy
5 SX
0,0003
0,0002 CUMPLE
CUMPLE
5 SY
0,0002
0,0005 CUMPLE
CUMPLE
4 SX
0,0003
0,0002 CUMPLE
CUMPLE
4 SY
0,0002
0,0003 CUMPLE
CUMPLE
4 C1
0,0007
-0,0013 CUMPLE
CUMPLE
3 SX
0,0002
0,0001 CUMPLE
CUMPLE
3 SY
0,0001
0,0002 CUMPLE
CUMPLE
2 SX
0,0001
0,0001 CUMPLE
CUMPLE
2 SY
0
0,0001 CUMPLE
CUMPLE
1 SX
0
0 CUMPLE
CUMPLE
1 SY
0
0 CUMPLE
CUMPLE
