Práctica_Marco_Sección variable

Laboratorio de Diseño Estructural

PRÁCTICA No. 6 Análisis de elemento: Marco Marco de acero de sección sección variable.

Objetivo. Realizar y comprender el proceso del análisis de u n marco de acero de sección variable, a partir de un proyecto arquitectónico.

I. Marco teórico. Dentro de la gran variedad de sistemas constructivos se hallan los basados en material de acero estructural. Algunos miembros estructurales más comunes están las armaduras y marcos rígidos; de éstos últimos nos enfocaremos en mencionar su composición general y algunas de sus consideraciones más importantes en su modelación.

Marco rígido. Es un sistema constructivo compuesto de elementos columna y vigas, como se muestra en figura 7.1a; en acero estructural, estos elementos están rígidamente conectados por soldadura y pueden suponerse que forman una estructura continua. En los soportes, los miembros están soldados a una placa rectangular que está anclada a una zapata de concreto. Colocando varios de estos marcos en paralelo y conectándolos con miembros adicionales que son luego cubiertos con material de techo y muros, se genera un sistema típico de edificios (Segui, 2000). Figura 7.1. Marco rígido. a) Marco a base de perfil IPR ; b) Idealización para su modelación del marco mostrado en figura a), (Segui, 2000).

a)

b)

Figura 6.1. Marco rígido. a) Marco a base de perfil IPR ; b) Idealización para su modelación del marco mostrado en figura a), (Segui, 2000).

Actualmente la mayaría de los centros comerciales, naves industriales, bodegas, etc., están hechas a base de marcos rígidos. En la figura 7.2, se muestra un ejemplo de una estructura en construcción a base de marcos rígidos de d e sección variable.

a)

b)

Martínez De Jesús Sergio


c)

d)

Figura 6.2. Estructura de acero a base de marcos rígidos de sección variable, con perfil IPR. a) Estructura principal en construcción; b) Acercamiento a la parte de la sección variable de los marcos; c) estructura terminada; d) Largueros a base de perfil m onten. Obra “Patio de camiones, compañía TDR -Werner”, ubicada sobre la autopista México Querétaro rumbo a la salida a Cadereyta, en Querétaro, Qro.

Consideraciones generales en la modelación de marcos rígidos. El análisis y diseño de cada marco del sistema comienza con la idealización del marco como una estructura bidimensional y representar los miembros de éste por medio de sus línea centrales (esta misma idealización se hace con la mayoría d e los elementos estructurales), como se muestra en la figura 7.1b; note que los soportes son representados como articulaciones no como soportes fijos o empotramientos. Una hipótesis que se hace en los métodos usuales del análisis estructural, es que las deformaciones son muy pequeñas, lo que significa que basta una ligera rotación del soporte para considerarlo como una conexión articulada (Segui, 2000). Una vez que la geometría y condiciones de soporte del marco idealizado han sido establecidas, la carga debe ser determinada. Esta determinación usualmente implica repartir una porción de la carga total a cada marco (Segui, 2000). Esto se ilustra en la figura 7.1b, bajo una carga distribuida uniforme. Para tal carga, el marco se deformará como se indica con la línea punteada (dibujada a una escala exagerada). Los miembros AB y BC están sometidos principalmente a flexión y se llaman vigas. Los miembros verticales AE CF y BD están sometidos a compresión y se llaman columnas; los dos primeros están sujetos a esfuerzos combinados de flexión y compresión, mientras que el último elemento central, por equilibrio debido a la simetría, prevalece la fuerza de compresión.

II. Desarrollo de actividades. Del plano arquitectónico-estructural mostrado en figuras 7.3 y 7.4, realice lo siguiente acorde a formatos correspondientes de prácticas anteriores:



1. Descripción del sistema constructivo. El sistema constructivo es una cubierta de lámina, la cual está constituida por los siguientes elementos estructurales: largueros, marcos y arriostramiento. 2. Análisis del estado de cargas (considera peso de instalaciones de luz, accesorios de fijación en lámina y arriostramiento de marcos).

3. Bajada de cargas para el elemento:

a. Larguero

Incluye la carga muerta, viva y peso propio del montén. 10 m

10 m

(m) 1 , 1 1 , 1 1 , 1

1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 2 . 1

M1

L2 L1

0.375 T+ 0.152T

0.375 T+ 0.152T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

L1

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

L1

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

L1

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

L1

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

L1

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.375 T+ 0.076T

L1

0.375 T+ 0.076T 0.411 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T 0.411 T+ 0.076T

L1

0.411 T+ 0.152T

0.411 T+ 0.152T

L2

M1

M1

b. Marco Carga la mitad de peso de cada montén. En otras palabras es el valor la reacción del montén.



10 m

10 m

(m) 1 , 1 1 , 1 1 , 1

1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 , 1 1 2 . 1

M1

0.2635T

0.2635T

0.451T

0.451T

0.451T

0.451T

L1

0.451T

0.451T

L1

0.451T

0.451T

L1

0.451T

0.451T

L1

0.451T

0.451T

L1

0.451T

0.451T

L1

0.938T

0.938T

L1

0.2815T

0.2815T

L2

L2 L1

M1

M1

4. Análisis de cada elemento a partir del marco rígido en d os dimensiones con ayuda del software SAP. Esta etapa debe incluir, para cada elemento, las siguientes fases acorde al siguiente ejemplo: a. Discretización de elemento marco rígido de acero estructural con sección variable. b. Captura de geometría y definición de condiciones de apoyo del elemento estructural dentro del software SAP. c. Definición de geometría, apoyos (articulado) y propiedades del material para la sección transversal de la viga. d. Definición de cargas de servicio actuantes en el elemento estructural (marco). e. Después de correr el análisis del marco rígido, mostrar los resultados de los elementos mecánicos siguientes: Momento flexionante y esfuerzo cortante, para cada elemento del marco. Nota: Para el modelo de análisis en SAP considere los perfiles mostrados en figura 7.4b.

Todos los resultados del punto 4 deben ser acorde al formato de tabla 7.1.



Acot: m. Figura 7.3 Proyecto arquitectónico. a) Planta cimentación; b) alzado



Acot: m. Figura 7.4 Proyecto arquitectónico. a) Planta cubierta; b) Perfiles



Fase del proceso de análisis y diseño de elementos Elemento discretizado: Wlarguero=0.902T/ m Y (0.527 y 563T/m) para largueros dobles.

Figuras de cada fase

DISTRIBUCIÓN DE CARGAS PARA EL MARCO M1

T 7 2 5 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 8 3 9 . 0

T T 3 3 6 6 5 . 5 . 0 0

T 8 3 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 2 0 9 . 0

T 7 2 5 . 0

B

R

2

19.66 m

R

1

Geometría y apoyos en SAP

Sección Transversal



Cargas (T/m)

Corrida de SAP. Resultados: Diagrama de momentos (Ms) y cortantes (Vs) en condiciones de servicios.

Diagrama del marco deformado

Diagrama de momentos para el marco

Diagrama de cortantes para el marco



Diseño en SAP

III. Discusión de resultados. 1) ¿Cuál es la carga viva de diseño, bajo cargas gravitacionales, según reglamento de construcción del Municipio de Querétaro y NTC DF (2004), en el tipo de cubierta analizada en esta práctica? De acuerdo a NTC DF (2004) la carga viva es de 40 kg/m2 2) En la convención de introducción de la dirección de cargas en el SAP, ¿Qué diferencia existiría sí en lugar de cargas gravitacionales fuesen cargas por viento? Que las cargas gravitacionales actúan siempre en forma vertical al elemento mientras que las cargas por viento actúan en forma perpendicular al eje del elemento 3) De los perfiles que usó en su modelo, realice una tabla donde indique tipo de perfil (nombre comercial), esfuerzo de fluencia (fy, kg/cm 2), módulo de elasticidad y peso por metro lineal (w, kg/m). (la tabla debe ser acorde a los formatos que se han venido manejando en anteriores prácticas) Perfil

Esfuerzo de fluencia fy(kg/cm 2)

Módulo de elasticidad (kg/cm2)

Peso (kg) por metro lineal

L1(canal)

2531.0507

2’038,901.9

7.6

L2(canal doble)

2531.0507

2’038,901.9

15.2

T1 y C1 (IPR)

2531.0507

2’038,901.9

53.57

4) En las cubiertas ¿Por qué se modela o considera doble monten o monten en caja en los extremos de cada agua del marco? (explique este punto con base en una referencia). Porque es la parte donde se colocan las canaletas que colectan el agua de lluvia y por lo tanto están sujetas a más peso.

IV. Conclusiones. 1. Muestre con ventanas del SAP, lo más resumido posible (tipo manual):

a. ¿Cómo importar un modelo desde auto-cad hacia SAP?

File/Import/AutoCAD.dxf File/ Seleccionamos el archivo y abrir.



b. ¿Cómo definir el tipo de apoyo idealizado en cimentación de columnas en el marco rígido? Seleccionar el nodo/clic en botón “Joint Restraints”/Elegir tipo de apoyo.

c. ¿Cómo generar una sección variable? Se comienza por definir las secciones que conforman la sección completa. Define/Section Propertises/Frame Sections…/Add New Property/

Seleccionamos tipo de material/en este caso : Stee l/“Wide Flange”/Nombramos al elemento:”C1”/Seleccionamos tipo de material “A36”/ Iontroducir dimensiones de la sección del elemento./Ok/Ok.



Después se crea otra sección en tipo se elige “other” y elegimos la de “Nonprismatic”.

Entramos en esta opción y elegimos a una de las secciones que habíamos definido antes y que deseamos combinar, se pone de con que sección comenzamos y con cual terminamos y las distancias de cada una y se da clic en “add” para agregar la sección, se repiten los pasos solo que se inicia con la sección con que se termino y finalizamos con la otra sección a combinar.

d. ¿Cómo asignar una carga puntual en sentido a) perpendicular al eje horizontal y b)

gravitacional, en vigas inclinadas?

Se selecciona el elemento a cargar/Elegir alguna de la opciones de carga/Coord Sys “GLOBAL”/Directión(X, Y, Z or Gravity)



Opción de cargas

Elegimos la opción necesaria de acuerdo al tipo de carga ya sea por gravedad o en la dirección que se requiera.

(Auto-analícese en su manual para que ésta parte sea de utilidad como apoyo para usted y otros en el futuro en el ámbito profesional. Esta parte cuenta el 50% de la calificación de esta práctica)

Bibliografía Segui, W.T (2000). Diseño de estructuras de acero con LRFD, Universidad de Memphis, segunda ed., Ed. Thomson, ISBN 970-686-023-1. NTC DF (2004). Normas Técnicas Complementarias sobre criterios y acciones para el diseño estructural de las edificaciones, Gaceta oficial del Distrito Federal


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