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ANALISIS Y DISEÑO
ESTRUCTURAL
Presenta: Roberto Calderón Morán. Ingeniero Consultor. FECHA: Octubre 2009
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Sap-2000 V.12.0
Presenta : Ing. Roberto Calderón
CAPITULO 1: INTRODUCCION 1A - 01 OBJETIVO DEL CURSO Aprender los fundamentos básicos para la comprensión y manejo del software SAP2000.
1A - 02 ALCANCE Al terminar el curso el estudiante estará en capacidad de Modelar Estructuras en el plano y en el espacio utilizando los elementos FRAME y SHELL, utilizando los criterios de Diseño del Reglamento Nacional de la Construcción RNC-07 y los códigos internacionales para diseño de Estructuras de acero y concreto reforzado.
1A - 03 METODOLOGIA Duración total: 40 horas clase. Numero de sesiones: 8 Duración de cada sesión: 5 horas clase por sesión
1A - 04 CONTENIDO DEL CURSO 1. Introducción
1.1. Identificación del programa. 1.2. Reconocimiento de la interfase. 1.3. Diferentes elementos implementados en el programa y sus aplicaciones.
2. Creación de modelos
2.1. Idealización.
2.2. Herramientas utilizadas para la creación de modelos. 2.2.1. Utilización de los modelos predeterminados por el programa (Templates). Definiciones básicas. 2.2.2. Creación del modelo partiendo de cero. 2.2.2.1. Construcción de la malla (grid). Diferentes alternativas. 2.2.2.2. Definición de los diferentes materiales a utilizar. Opciones del programa. 2.2.2.3. Reconocimiento de los tipos de elementos involucrados en el modelamiento.
2.3. El elemento FRAME.
2.3.1. Características. 2.3.2. Aplicación.
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Presenta : Ing. Roberto Calderón
2.3.3. Creación del elemento. 2.3.3.1. Estudio de las diferentes secciones geométricas.
2.3.3.1.1. Creación y asignación. 2.3.3.2. Restraints.
2.3.3.2.1. Estudio de los tipos de restraints 2.3.3.2.2. Asignación. 2.3.3.2.3. Aplicación en estructuras reales.
2.3.4. Creación y asignación de Cargas.
2.3.4.1. Definición de cargas estáticas. 2.3.4.1.1. Tipos de cargas incorporadas en el programa.
2.3.4.2. Aplicación de cargas al elemento. 2.3.4.2.1. Cargas de gravedad. 2.3.4.2.2. Cargas puntuales y uniformemente distribuidas. 2.3.4.2.3. Cargas trapezoidales.
2.3.4.2.3.1. Aplicación práctica. 2.3.4.3. Aplicación de cargas en los nodos del elemento.
2.3.4.3.1. Aplicación de cargas. 2.3.5. Las condiciones de apoyo del elemento. 2.3.6. Ejemplos de aplicación del elemento frame y utilización de las diferentes herramientas implementadas en el programa.
2.3.6.1. Elemento frame en el plano. 2.3.6.1.1. Vigas continuas. 2.3.6.1.2. Pórticos.
2.4. Elemento SHELL.
2.4.1. Definición. 2.4.2. Tipos de elemento shell implementados en el programa.
2.4.2.1. Elemento Plate. 2.4.2.2. Elemento Membrana. 2.4.2.3. Elemento Shell.
2.4.3. Creación de secciones. 3. Estudio del módulo de diseño incorporado en SAP 2000.
3.1. Diseño de estructuras en acero. 3.2. Diseño de estructuras en concreto reforzado.
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1A - 05 CONCEPTUALIZACION ¿ Qué es SAP 2000 ? Sap2000 es un programa sofisticado y de fácil manejo desarrollado por CSI (Computers and Structures INC) en la universidad de Berkeley, California. ¿ Qué facilidades ofrece? A través de una misma interface es posible crear y modificar un modelo, ejecutar el análisis del mismo, así como revisar y optimizar el diseño de cada elemento. Los resultados se presentan de una manera gráfica en tiempo real. Posee una rápida solución de ecuaciones, esfuerzos y desplazamientos inducidos por cargas, elemento frame de sección no prismática, elemento shell muy exactos, análisis dinámicos y múltiples sistemas de coordenadas. Sap2000 posee un módulo completo de diseño para acero y concreto reforzado incluido en la misma interface usada para crear y analizar el modelo. El método de análisis de SAP2000 se basa en la teoría elemento finito, la cual básicamente es dividir el elemento en cuestión en partes pequeñas las cuales poseen las siguientes características:
1. Geometría: sistema de referencia. 2. Material: ley constitutiva. 3. Condiciones de frontera esenciales: apoyos. 4. Condiciones de frontera naturales: cargas.
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CAPITULO 2: INTERFACE DEL PROGRAMA SAP-2000 2A - 01 INTERFACE
Unidades: deben definirse antes de comenzar a crear el modelo.
MENU FILE
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New Model: permite crear un nuevo modelo
Viga
- Restraints: asignar apoyos en cada nodo.
- Number of Spans: número de luces.
- Span Length: longitud de cada luz.
- Section Properties: Asigna una sección transversal por defecto (FSEC1)
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Pórtico en el Plano
- Restraints: asignar apoyos en cada nodo.
- Number of Stories: número de pisos
- Number of Bays: número de luces en la dirección x
- Story Height: altura del piso
- Bay Width: Ancho de cada luz en la dirección x
- Section Properties: Asigna una sección transversal por defecto (FSEC1) tanto para viga o
columnas o bien se puede asignar una sección determinada.
Pórtico rigidizado en el plano
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- Restraints: asignar apoyos en cada nodo.
- Number of Stories: número de pisos
- Number of Bays: número de luces en la dirección x
- Story Height: altura del piso
- Bay Width: Ancho de cada luz en la dirección x
- Section Properties: Asigna una sección transversal por defecto (FSEC1) tanto para vigas,
columnas y arriostres o bien se puede asignar una sección determinada. Cabe mencionar que en
este modelo de plantilla los arriostres son colocados en la zona central del marco.
Pórtico Espacial
- Restraints: asignar apoyos en cada nodo.
- Number of Stories: número de pisos
- Number of Bays X: número de luces en la dirección x
- Number of Bays Y: número de luces en la dirección x
- Story Height: altura del piso
- Bay Width X: Ancho de cada luz en la dirección x
- Bay Width X: Ancho de cada luz en la dirección y
- Section Properties: Asigna una sección transversal por defecto (FSEC1) tanto para viga o
columnas o bien se puede asignar una sección determinada.
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Pórtico perimetral
Para el caso del pórtico perimetral los datos geométricos son similares al caso del pórtico espacial
con la diferencia que en este caso no existen vigas y columnas internas, solamente se consideran
los elementos verticales y horizontales externos.
Armaduras en el plano
- Restraints: asignar apoyos en cada nodo.
- Number of Divisions: número de divisiones en la cuerda inferior
- Height: altura de la armadura
- Division Length: longitud de las divisiones en la cuerda inferior
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- Section Properties: Asigna una sección transversal por defecto (FSEC1) tanto para las cuerdas
como para las diagonales o bien se puede asignar una sección determinada.
Armaduras espaciales – Tridicerchas
- Restraints: asignar apoyos en cada nodo.
- Number of Bays X: número de divisiones en la cuerda inferior en la dirección X
- Number of Bays Y: número de divisiones en la cuerda inferior en la dirección Y
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- Span Length X: longitud de las divisiones en la cuerda inferior sobre la dirección X
- Span Length Y: longitud de las divisiones en la cuerda inferior sobre la dirección Y
- Number of Divisions X: número de divisiones en la cuerda inferior
- Number of Divisions Y: número de divisiones en la cuerda inferior
- Height: altura de la tridicercha
- Section Properties: Asigna una sección transversal por defecto (FSEC1) tanto para las cuerdas
como para las diagonales o bien se puede asignar una sección determinada.
MENU EDIT
Dentro del menú edit se encuentran herramientas básicas para la modificación y creación de los
modelos. A continuación se listan las más utilizadas:
Undo: Deshace el comando anterior
Redo: Anula el comando undo
Cut: Corta los elementos seleccionados para después ser pegados en otro espacio del modelo que
se esté trabajando.
Copy: Copy los elementos seleccionados para después ser pegados en otro espacio del modelo
que se esté trabajando.
Paste: Pega los elementos, cortados o copiados en un sitio definido por los incrementos en los tres
ejes de coordenadas.
Delta X: diferencia en el eje X entre la posición inicial y la posición de pegado del elemento
Delta Y: diferencia en el eje Y entre la posición inicial y la posición de pegado del elemento
Delta Z: diferencia en el eje Z entre la posición inicial y la posición de pegado del elemento
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Delete: Borra los elementos seleccionados previamente.
Add to model for template: Incorpora un Nuevo modelo de la plantilla a un modelo previamente
definido.
Move: Permite mover un elemento o un conjunto de elementos en el sistema de coordenadas del
modelo, de la siguiente manera:
1. Seleccione los elementos a mover
2. Elija el comando mover
3. Después asigne la diferencia de coordenadas en el cuadro de diálogo.
Replicate: Permite copiar los elementos seleccionados en cualquier lugar del sistema de
coordenadas. Análogamente es la unión de los comandos copy y paste.
1. Seleccione los elementos a copiar
2. Aparecerá el siguiente cuadro de diálogo:
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Linear: permite crear un copia de los elementos distanciados según los valores asignados en
X, Y y Z.
Number: permite definir el número de veces que serán copiados los elementos
En la siguiente figura podemos observar el resultado
Cabe mencionar que el comando permite también que el objeto original sea borrado activando la
opción “delete original objects”.
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Radial: permite crear un copia de los elementos alrededor de uno de los ejes del sistema de
coordenadas.
Number: permite definir el número de veces que serán copiados los elementos
Se necesita crear 4 elementos más con un ángulo
De 45° entre cada uno de ellos, es decir:
Mirror: permite copiar elementos utilizando la herramienta espejos.
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Edit lines – Divide Frames : Divide elementos previamente seleccionados, en partes iguales o bien
en 2 partes con diferentes distancias indicando “Last/First Ratio”.
En el siguiente cuadro de diálogo se indica que se dividirá uno o varios elementos seleccionados
en 2 partes iguales.
En el siguiente cuadro de diálogo se indica que se dividirá uno o varios elementos seleccionados
en 2 partes con longitudes diferentes. Ejemplo: Para una viga de 10 mts de longitud simplemente
apoyada se desea dividirla en dos partes, una de 9 mts y la otra de 1 mts, siendo la parte final de la
viga de 1 mts por lo que 1/9 = 0.11111111
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MENU VIEW
Set display Options:
Permite seleccionar las condiciones de presentación de cada uno de los elementos que componen
el modelo.
JOINT
Labels: permite ver el número de nodo deseado
Restraints: permite ver o ocultar los apoyos asignados al modelo
Springs: permite ver o ocultar los resortes asignados a los nodos en el modelo
Local Axes: permite ver o ocultar los ejes locales de los nodos
Invisible: oculta de la pantalla los nodos
Not in view: oculta de la pantalla los nodos y las restricciones.
FRAME/CABLE/TENDONS
Labels:
Sections:
Releases:
Local Axes:
Frames not in view:
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GENERAL
Shrink Objects: permite ver los elementos separándolos de sus nodos
Extrude View: permite ver las secciones reales de los elementos. Este comando es útil para
verificar la correcta disposición de los elementos frame
Fill Objects: Permite ver las superficies positivas y negativas de los elementos shell.
Show Edges: Permite ver las líneas de contorno de los elementos.
Show Reference Lines: Muestra o oculta las líneas de referencia
Rubber Band Zoom: (Tecla asociada F2) Permite ampliar el sector seleccionado de la pantalla
picando con el botón izquierdo del Mouse el punto inicial, manteniéndolo oprimido y liberando en
el punto final.
Restore Full View: (Tecla asociada F3) Permite ver el modelo en su totalidad
Previous Zoom: Permite ver la vista anterior
Zoom in one Step: Permite ampliar la imagen paso a paso
Zoom out one Step: Permite reducir la imagen paso a paso
Pan: (Tecla asociada F8) Permite desplazar la imagen a través de la pantalla.
Show Grid: (Tecla asociada F7) Permite ver o ocultar la malla o grilla.
Show Axes: Permite ver los ejes
Show Selection Only: Permite ver solamente los elementos seleccionados previamente.
Show All: Permite ver todos los elementos que forman el modelo.
Vistas en 3d y por planos:
- 3-d : permite ver el modelo en 3 dimensiones. - XY: muestra el plano XY. - XZ: muestra el plano XZ. - YZ: muestra el plano YZ. - Lentes: Muestra el modelo en perspectiva o en Isométrico.
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Permite desplazamiento por los planos. No se activa en vista 3D.
MENU DEFINE
Materials: Permite definir los materiales que serán utilizados en el modelamiento. Dos materiales
están predeterminados, es decir, son definidos previamente por el programa, ellos son: concreto
de 4000 psi y acero con esfuerzo de fluencia de 50ksi.
Para el caso del acero a continuación se muestra el cuadro para definir las características del
material : Haciendo clic en “Add new material quick”
Seleccionamos el acero A-36, que es uno de los más comunes en el mercado nacional (Esfuerzo de
fluencia de 36 ksi) y luego hacemos clic en modify/show material….
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Material Name and display color: Nombre del material y color
Material Type: Tipo de Material Acero
Weight per unit volume: Peso volumétrico del material
Mass per unit volume: Masa por unidad de volúmen
Isotropic Property Data: material isotrópico. Es un material en el cual las propiedades físicas no
presenta variaciones en sus tres ejes principales. También el material puede ser ortotrópico en el
cual las propiedades físicas varían en sus tres ejes principales.
Modulus of Elasticity: Módulo de elasticidad
Poisson´s Ratio: Radio de poisson
Coeff of Thermal Expan: Coeficiente de expansión térmica.
Shear Modulii (G): módulo de cortante o de rigidez del material.
Minimum Yield Stress: Esfuerzo de fluencia mínimo
EL ELEMENTO FRAME
El elemento Frame es utilizado para modelar vigas y columnas.
El elemento se compone de un nodo inicial y un nodo final y posee ejes locales que se presentan a
continuación.
El eje 1 siempre va del nodo inicial al nodo final y es axial al elemento.
El eje 2 es ortogonal al eje1 y por defecto tiene la misma dirección del eje Z.
El eje 3 resulta de implementar la regla de la mano derecha
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Section Properties – Frame Sections: Define la sección a utilizar de los elementos Frame del
modelo.
Import new Property: permite importar secciones preestablecidas en una base de datos. Al
seleccionar una sección para importarla se deben buscar los archivos que se encuentran en el
directorio principal SAP2000. Los archivos de secciones son: Aisc.pro, Cisc.pro, Euro.pro,
Sections.pro.
Add new Property: permite adicionar una sección. Las siguientes son algunas de las secciones que
se pueden adicionar.
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En la figura anterior se muestran diversas secciones metálicas en las que se encuentran: Secciones
“W”, canales. Tee, angulares, dobles angulares, dobles canales, tubos, cajas, cerchas joist y la
opción auto selección de secciones.
A continuación se muestran las características geométricas de algunas de las secciones que
pueden ser adicionadas.
Wide Flange Section
Outside height (t3): altura total de la sección
Top flange width (t2): ancho patín superior
Top flange thickness (tf): espesor del patín superior
Web thickness (tw): espesor del alma de la sección
Bottom flange width (t2b): ancho del patin inferior
Bottom flange thickness (tfb): espesor del patín inferior
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Channel Section
Outside depth (t3): altura total de la sección
Outside flange width (t2): ancho total de la sección
Flange thickness (tf): espesor de los patines
Web thickness (tw): espesor del alma de la sección
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Tee Section
Outside stem (t3): altura total de la sección
Outside flange (t2):ancho total de la sección
Flange thickness (tf): espesor de los patines
Stem thickness (tw): espesor del alma de la sección
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Angle Section
Outside vertical leg (t3): altura total de la sección
Outside horizontal leg (t2): ancho total de la sección
Horizontal leg thickness (tf): espesor del elemento horizontal
Vertical leg thickness (tw): espesor del elemento vertical
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Doble Angle Section
Outside depth (t3): altura total de la sección.
Outside width (t2): ancho total de la sección. No incluye la separación de los ángulos.
Horizontal leg thickness (tf): espesor del elemento horizontal.
Vertical leg thickness (tw): espesor del elemento vertical.
Back to back distance: separación de los elementos verticales
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Pipe Section
Outside diameter (t3): diámetro exterior de la sección.
Wall thickness (t2): espesor de la pared del tubo
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Box Tube Section
Outside depth (t3): altura total de la sección.
Outside width (t2):ancho total de la sección. No incluye la separación de los ángulos.
Flange thickness (tf): espesor del elemento horizontal.
Web thickness (tw): espesor del elemento vertical.
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Rectangular Section
Depth (t3): altura de la sección.
Width (t2): ancho de la sección
Además se debe indicar el acero de refuerzo. Estas características serán estudiadas en el aula de
clases.
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Una herramienta muy importante dentro de la definición de las secciones transversales en el
programa es la opción “Properties” que muestra las características mecánicas de la sección
definida de la siguiente conforme el siguiente cuadro:
Cross – section (axial) area: área de la sección
Torsional constant: constante de torsión = Ixx+Iyy.
Moment of inertia about 3 axis: momento de inercia alrededor del eje 3 del elemento Frame.
Moment of inertia about 2 axis: momento de inercia alrededor del eje 2 del elemento Frame.
Shear area in 2 direction: área de cortante en dirección del eje 2 del elemento frame.
Shear area in 3 direction: área de cortante en dirección del eje 3 del elemento frame.
Section modulus about 3 axis: módulo de sección alrededor del eje 3 del elemento frame.
Section modulus about 2 axis: módulo de sección alrededor del eje 2 del elemento frame.
Plastic modulus about 3 axis: módulo plástico alrededor del eje 3 del elemento frame.
Section modulus about 2 axis: módulo plástico alrededor del eje 2 del elemento frame.
Radius of gyration about 3 axis: radio de giro alrededor del eje 3 del elemento frame.
Radius of gyration about 2 axis: radio de giro alrededor del eje 2 del elemento frame.
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TIPOS DE CARGAS
Nuestra reglamentación RNC-07 en el artículo No.8
establece que además del peso propio de la estructura
se debe considerar cargas vivas, cargas sísmicas y cargas
Especiales cuyo origen obedezcan a la naturaleza especial
de la estructura, para lo cual el programa tiene la
herramienta “Define Load Patterns”, en donde se define
el nombre de la carga, el tipo y coeficientes aplicables
a cada carga en particular.
El término “Self Weight Multiplier” cuando es igual a 1
Considera el peso propio de la estructura y cuando es cero
no lo considera.
User Coefficient: Nos permite aplicar los coeficientes
Sísimicos determinados con el RNC-07 ya sea para
estructuras con análisis en el plano o con análisis espacial.
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MASS SOURCE (MASAS)
Dado que el programa tiene la herramienta de calcular automáticamente las fuerzas sísmicas
únicamente con la aplicación de las cargas verticales, es necesario definir las masas que el
programa tomará en cuenta para el análisis. Ejemplo: En el cuadro anterior se indica que de las
cargas aplicadas (entiéndase, cargas muertas y vivas) el programa tomará en cuenta el 100% de la
carga muerta y un 40% de la carga viva aplicada. Recordemos que la fuerza sísmica es igual a
(CM+CVR)xc, por lo que para el caso del cuadro anterior se tomó en cuenta que el destino de la
estructura era residencial entonces CV es de 200 kg/m2 y la CVR es de 80 kg/m2. Dado que a la
estructura se le aplicará la CV total en el sentido gravitacional el programa interpretará que para
calcular la fuerza sísmica se tomará en cuenta una parte de la carga viva aplicada (80/200 = 0.4).
Esto será profundizado con los ejercicios realizados en el salón de clases.
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LOADS COMBINATIONS (COMBINACIONES DE CARGA)
De igual manera que para el caso anterior, el RNC-07 en su Articulo N0.15, sección II establece que
se determinaràn las combinaciones de carga para usar en el diseño de estructuras verticales que
produzcan los esfuerzos más críticos sobre las mismas, tomando en cuenta dos Métodos de
Diseño, RESISTENCIA ULTIMA Y ESFUERZOS PERMISIBLES.
Haciendo clic en “Add new combo” aparecerá un cuadro en donde se deberá seleccionar las cargas
que dispongamos formarán parte de la combinación de acuerdo con el Método de Diseño
Seleccionado.
Para Estructuras de Concreto Reforzado se utiliza el Método de Resistencia Ultima y para
Estructuras de Acero se utiliza el Método de Esfuerzos Permisibles.
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MENU ASSIGN
RESTRAINT (RESTRICCIONES – APOYOS)
Existen diferentes tipos de apoyos que se pueden asignar a una estructura de acuerdo a la
idealización y a tipo que se utilizará en la estructura real.
Para asignar restricciones es necesario seleccionar primero los nodos a restrigir y después elegir el
menú que se presenta a continuación:
Empotramiento total. Restringe los seis grados de libertad existentes.
Articulación. Restringe los tres grados de libertad correspondientes a las traslaciones.
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Rodillo. Restringe el grado de libertad correspondiente al desplazamiento en el eje 3 (eje Z
por defecto).
Nodo libre. Libera los seis grados de libertad, es decir, no existen restricciones.
RELEASES (LIBERACIONES)
Los releases son una herramienta utilizada para modelar condiciones especiales en los elemento
Frame como por ejemplo articulaciones en las cuales no deben existir momentos.
Para asignar un releases debe seleccionarse con anterioridad el elemento al cual se le asignará el
releases correspondiente.
A continuación presentamos el menú de asignación del release:
Al seleccionar
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Los releases están referenciados a los ejes locales del elemento Frame al cual se asignarán.
A continuación presentamos el caso más común para la utilización de Releases.
El pasador funciona como una rÓtula que permite rotación de los elementos frame alrededor del
eje local 3.
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Al ejecutar el análisis del modelo se obtendría que el diagrama de momentos indica que en el
punto liberado no hay momento flexionante:
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CARGAS ASIGNADAS AL ELEMENTO FRAME (Puntuales y Distribuidas)
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Load Pattern Name: determina el tipo de carga a aplicar
Load Type and Direction: determina si se quiere asignar fuerzas o momentos.
Coord Sys: Sistema de coordenadas que se está utilizando
Direction: Dirección en la cual estará actuando la carga asignada.
Point Load: determina el valor de la carga a aplicarse
Es importante mencionar que las distancias a las cuales se pueden aplicar las cargas puntuales en
el elemento frame pueden ser indicados de dos maneras, la primera como distancias relativas y la
segunda como distancias absolutas. Ejemplo:
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Los valores de asignados en cargas puntuales eligiendo la opción “Relative Distance From End.i
serán:
donde:
Distancia 1=1.00/4.50 = 0.22 Distancia 2=1.80/4.50 = 0.40
Distancia 3=2.50/4.50 = 0.56 Distancia 4=3.80/4.50 = 0.84
Los valores asignados en cargas puntuales eligiendo la opción Absolute Distance from End-i serán:
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Uniform Load: Es la carga uniforme que puede aplicar al elemento frame.
Trapezoidal Load: Es la carga trapezoidal que puede aplicarse al elemento frame, ejemplo:
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ELEMENTO SHELL
El elemento Shell se puede utilizar para modelar muros, placas, vigas de gran altura, etc.
Geometría
Podemos generar elementos Shell de 4 nodos o de 3 nodos.
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El elemento Shell tiene las siguientes clases:
Elemento Membrana:
Permite deformaciones axiales y rotación alrededor del eje local 3. Se utiliza para modelar muros
de cortante.
Elemento plato:
Permite deformaciones en el eje 3 solamente y rotación en los ejes locales 1 y 2.
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Se utiliza para modelar placas de entrepiso las cuales están sujetas a deformaciones por flexión.
Elemento Shell:
Es la combinación de los elementos anteriormente descritos, es decir permite rotaciones y
desplazamientos alrededor de todos los ejes locales del elemento ( se recomeinda utilizar siempre
este elemento).
Creación de la sección del elemento Shell
Para definir la sección del elemento seleccionamos el siguiente menú:
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Haciendo clic en “Add New Section”
Section Name: asigna el nombre a la sección.
Material Name: Material del cual esta compuesta la sección.
Material Angle: se utiliza cuando se trabaja con materiales Ortotrópicos.
Thickness: se refiere al espesor de la sección.
Membrane (th): se utiliza para calcular la rigidez del elemento shell y membrana, así coma para
calcular el peso propio y la masa de cada sección.
Bending (thb): se utiliza para calcular la rigidez para la flexión en elemento Shell y plato.
Normalmente estos dos valores son iguales y solo se necesita definir th. Sin embargo, en algunas
aplicaciones, tales como el modelamiento de superficies corrugadas el comportamiento de
membrana y el de plato no pueden ser adecuadamente representados por un material con un
único espesor. Para este propósito usted puede definir un valor de thb que es diferente a th.
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Type: define que tipo de comportamiento será considerado por el elemento. Se recomienda
seleccionar shell thick para elementos de espesor importante y thin para elementos de espesores
pequeños menores o iguales a los 10 cms . En el salón de clases estudiaremos la forma de definir
las placas de mampostería confinada como ejemplo de aplicación para las estructuras más
comunes que vemos en nuestro país.
MENU DISPLAY
El menú display incorpora dos herramientas muy importantes:
Show undeformed shape (Tecla Asociada F4): Muestra la estructura sin cargas y deformaciones.
Show Load Assigns: Muestra los valores de carga puntuales en nodos o bien distribuidas y
puntuales en los frames. También muestra los valores de cargas asignados a las shell si los hubiere.
Show Deformed Shape (Tecla asociada F6): Muestra la estructura deformada bajo la carga o
combinación de carga indicada como se muestra en el siguiente cuadro:
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Case/Combo Name: indica el tipo de carga para el cual deseamos determinar la deformación.
Wire Shadow: permite mostrar la posición original del elemento deformado en relación con la
deformación actuante en el mismo.
Show Forces/Stresses: permite determinar los valores de reacción en los nodos, fuerzas internas
cortantes, momentos flexionantes y cargas axiales en los elementos frame.
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Case/Combo Name: indica el tipo de carga para el cual deseamos determinar las fuerzas internas
Axial Force: fuerza axial en el elemento
Shear 2-2: cortante en el eje local 2
Shear 3-3: cortante en el eje local 3
Torsión: torsión en torno al eje local 1
Moment 2-2: momento en torno al eje local 2
Moment 3-3: momento en torno al eje local 3
Fill Diagram: Muestra los diagramas de fuerzas internas de la siguiente forma:
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Show values on Diagram: Muestra los diagramas de fuerzas internas de la siguiente forma:
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MENU DESIGN (MODULO DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO Y CONCRETO)
En este menú se resumen las aplicaciones propias del diseño de las estructuras en lo relacionado a
selección de códigos de diseño y selección de combinaciones de diseño como datos de entrada
antes del análisis. Como información de resultados para estructuras de acero se obtienen valores
que relacionan la demanda con la capacidad de los elementos metálicos estableciendo los
siguientes radios de interacción:
El programa clasifica por colores desde 0 hasta 1 la relación entre la demanda y la capacidad del
elemento siendo el estado crítico el color rojo. Además se encuentra la opción de presentar un
resumen de las fuerzas internas del elemento como se muestra a continuación:
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Para el caso de las estructuras de concreto el programa revisa los requerimientos axiales, de
flexión y cargas cortantes, indicando las áreas de acero longitudinal y transversal de la siguiente
manera:
El acero de la parte superior va colocado en la parte superior de la viga. De igual forma se deduce para el acero inferior. Para ver los detalles del diseño de acero longitudinal procedemos de la siguiente forma: 1. Seleccionamos el elemento a chequear. 2. Sobre el elemento seleccionado damos click con el botón derecho del ratón y obtenemos el
siguiente cuadro de dialogo:
COMBO ID: es la combinación de carga bajo la cual se esta diseñando. STATION LOC: es la distancia, desde el nodo inicial, en la cual se esta calculando el area de acero requerida. TOP STEEL: área de acero requerida en la parte supreior de la sección de la viga. BOTTOM STEEL: área de acero requerida en la parte inferior de la sección de la viga.
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SHEAR STEEL: relación del área de acero utilizada contra la separación de los estribos.
Por ejemplo del cuadro anterior tenemos un valor de 0.010 luego:
Estribo a utilizar en la vigueta: 1 rama Ø3/8 equivalente en área a 0.71 cm2.
Separación =0.71 cm2/0.010 cm.
Separación= 71 cm.
Tomamos disposiciones de separación mínima de d/4 en los nodos a una distancia de 2d, y d/2 en
el resto de la viga, y de esa manera se resolvería el caso específico, sin embargo, abordaremos en
el salón de clase el diseño por corte más profundamente.
CAPITULO 3: RECOMENDACIONES
- La principal causa de obtención de errores y malos resultados ha sido el descuido con la
correcta definición de las unidades en el momento de interactuar con los diversos
componentes del análisis estructurales, tales como, geometría del modelo, geometría de
secciones transversales, asignaciones de carga etc. Por lo tanto es muy importante revisar
constantemente que las unidades en las que estamos trabajando las diferentes etapas
sean las correctas.
- Es importante no perder el enfoque del Diseño Estructural en lo que respecta a conceptos
básicos de Estructuración y Análisis.
- Es necesario señalar que esta herramienta de Análisis y Diseño Estructural facilita de gran
manera las actividad de cálculo y diseño, sin embargo estas actividades deben de ir
acompañadas de una buena práctica en la elaboración de los planos constructivos de las
edificaciones y la supervisión técnica de la obra misma en desarrollo, de lo contrario el uso
y manejo de estas aplicaciones no contribuyen en nada al correcto desempeño de
nuestras estructuras.
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CAPITULO 4: ANEXOS
DESCRIPCIÓN DE LOS ICONOS DE LA BARRA DE HERRAMIENTAS PRINCIPAL
Icono Nombre del botón Acción
New Model Empezar un nuevo modelo
Open *SBD file Abrir un archivo de SAP2000 existente
Save Model Salvar el modelo actual
Undo Deshacer el último cambio
Redo Rehacer el último cambio
Refresh Window Renovar la ventana actual usando
los últimos datos
Lock/Unlock Model Cerrar un modelo contra cambios
para protegerlo
Run Analysis Ejecutar el análisis
Zoom Restore Acercamiento visual definido por
el mouse
Full View Restaurar la vista de modelo
completo
Restore Previous View Restaurar la vista previa
del modelo
Zoom In Acercamiento visual
Zoom Out Alejamiento visual
Pan Mueve dinámicamente la estructura
en cualquier dirección
Show 3-d (XYZ) view Muestra el modelo en tres direcciones
Show 2-d (XY) view Muestra el modelo en dos direcciones
paralelo al plano X-Y
Show 2-d (XZ) view Muestra el modelo en dos direcciones
paralelo al plano X-Z
Show 2-d (YZ) view Muestra el modelo en dos direcciones paralelo al plano Y-Z
Perspective Toggle Perspectiva en tres direcciones
Shrink elements Disminuye los elementos para mejor
visualización de las conexiones
Set Element Ajustar la visibilidad para ver las
propiedades de los elementos
Move Up in List Sube una línea del grillado
en un plano
Move Down in List Baja una línea del grillado en un plano
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Set Select Mode Selecciona los elementos individualmente
o dentro de una ventana
Select All Selecciona todos los elementos
Restore Previous Selection Rehabilitar los elementos
previamente seleccionados
Clear Selection Deja libre todos los elementos
Seleccionados
Set Intersecting Line Select Mode Selecciona todos los elementos
Interceptados por una línea
Reshape Element Mueve los elementos
Draw Special Joint Adiciona un nudo
Draw Frame Dibuja un elemento FRAME localizándolo
en sus esquinas
Draw Poly Área Dibuja un elemento SHELL localizándolo
en sus esquinas
Quick Draw Frame Element Dibuja un elemento FRAME directamente sobre el grillado
Quick Draw Área Element Dibuja un elemento SHELL directamente
sobre el grillado
Assign Joint Restraints Asigna restricciones de traslación
y rotación
Assign Frame Sections Asigna secciones y propiedades
materiales a los FRAMES
Assign Área Sections Asigna secciones y propiedades
materiales a los SHELLS
Assign Joint Forces Asigna cargas a los nudos
(fuerzas y momentos)
Assign Point Loads Asigna cargas a los FRAMES
(fuerzas y momentos)
Assign Área Uniform Loads Asigna cargas distribuidas a los
SHELLS
Show Undeformed Shape Muestra la forma original de la estructura
Show Deformed Shape Muestra la forma deformada
de la estructura
Show Forces/Stresses Muestra los datos del análisis para los elementos de la estructura
Define Loads Define las Cargas Estáticas
Define Reponse Combinations Define las Combinaciones a la cual será
sometida la Estructura
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TRADUCCIÒN DE ALGUNOS COMANDOS Y CONCEPTOS
Add Auto Select… Agregue Auto Selección
Add Body Agregue Cuerpo
Add Diapragm Agregue Diafragm
Add Grid Line Agregue Línea de Reja
Add I/Wide Flange Agregue Perfil I
Add New Combo Agregue Nueva Combinación
Add Estándar Vehicule Agregue Vehículo Normal
Add to Existing Loads Agregue a Cargas Existentes
Analysis Type Tipo del Análisis
Assign Asigne
Assignment Lanes Carriles de Asignación
Auto Selection Auto Selección
Axes Ejes
Bay Width Ancho del Vano
Beam Viga
Bending/Tensión Flexion/Tensión
Bottom Fondo
Break at Intersections Rompa en Intersecciones
By Joint Pattern Por Modelo del Nudo
Cartesian Cartesiano
Concrete Design Diseño de Concreto
Concrete Strength Resistencia del Concreto
Constraints Constreñimiento
Cover to Rebar Center Recubrimiento al Centro de la Barra
Change Load Cambiar Carga
Changing Member Properties Cambiando Propiedades del Miembro
Dámper Amortiguador
Damping Exponent Exponente de Amortiguamiento
Define Combination Defina Combinación
Depth Profundidad
Design Input Diseño de Entrada
Design Output Diseño de Salidas
Details Detalles
Displacements Desplazamientos
Display Design Info Despliegue Información del Diseño
Divide Frames Divida Elementos
Divide Into Divide en
Draw Dibuje
Dynamic analysis Análisis Dinámico
Eccentricities Excentricidades
Edit Grid Editando Reja
Effective Stiftness Rigidez Efectiva
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Element Overwrite Assignments El elemento reescribe Asignaciones
Element Section Sección del Elemento
End Extremo
Envelopes Envolventes
File Archivo
Fill Diagram Llenar Diagrama
Fill Elements Llenar Elementos
Flange Thickness Espesor de la Pestaña
Forces Fuerzas
Frame Sections Secciones del Pórtico
Frame Static Loads Cargas Estáticas del Pórtico
Getting Started Empezando
Glue Joint to Grid Lines Pegando los nudos a las Líneas de la Grilla
Heigth of Truss Altura del Entramado
Import I/Wide Flange Importar Perfil I
Increment Data Incrementando Datos
Interaction Interacción
Joint Patterns Modelos de Nudos
Joint Reaction Forces Fuerzas de Reacción de los Nudos
Labels Etiquetas
Lanes Carriles
Last/First Ultimo/Principio
Load Case Name Nombre del Caso de Carga
Load Combinations Combinaciones de Carga
Lock/Unlock Model Abrir/Cerrar el Modelo
Longitudinal Reinforcing Refuerzo Longitudinal
Membrana Membrana
Mesh Shells Cascaras de la Malla
Middle Medio
Minimum Graphic Font Size Tamaño mínimo del conjunto de caracteres del Grafico
Mirror Espejo
Modify Grid Lines Modifique Líneas de la Reja
Modify/Show Material Modifique/Muestre Material
Move Grid Line Mueva Línea de Reja
Moving Load Cases Casos de Cargas Móviles
Multiplier Multiplicador
New Model From Template Nuevo Modelo del Predeterminado
Number of Bays Numero de Vanos
Number of Grids Spaces Numero de Espacios de las Rejas
Number of Output Time Steps Numero de Rendimiento de los Pasos del Tiempo
Number of Spans Numero de Palmos
Number of Stories Números de Pisos
On-Line En-Línea
Open Model File Abrir Archivo Ejemplar
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Options Opciones
Ordinate Ordenada
Output Segment Segmento del Rendimiento
Outside Depth Profundidad Exterior
Perspective Toggle En Perspectiva
Plot functions Graficar Funciones
Point and Uniform Puntual y Uniforme
Preferences Preferencias
Presurre Presión
Quick Draw Frame Element Dibuje rápidamente Elemento de Marco
Redefine Element Design Data Redefina Datos de Diseño del Elemento
Redesign Rediseñe
Refresh Window Refrésquese Ventana
Reinforcing Yield Stress Tensión a Refuerzo de Fluencia
Replace Auto W/Optimal Sections Reemplace Secciones Optimas Auto (W)
Replicate Copia
Restore Previous Selection Restaure Selección Anterior
Restraints Vínculos
Rigth Arrow Flecha Derecha
Run Analysis Ejecute Análisis
Save As Guarde Como
Sabe Model File As Guarde el Modelo Como
Scale Factor Factor de Escala
Select All Seleccione Todos
Select Design Combos Seleccione Combos de Diseño
Self Weigth Multiplier Multiplicador de Peso Propio
Set 3D View Ponga Vista 3D
Set Elements Elementos Fijos
Set Intersecting Line Select Mode Juego que corta Línea el Modo Selecto
Set Options Opciones Fijas
Set P-Delta Parameters Parámetros del P-Delta Fijos
Shell Static Loads
Cargas Estáticas de Cascaras
Show Undeformed Shape Muestra la Forma sin Deformación
Spans Palmos
Springs Resortes
Star Design/check of Structure Empiece Diseño/Verificación de la estructura
Steel Acero
Story Heigth Altura del Piso
Thickness Espesor
Title Titulo
Top Cima
Truss Bay Length Longitud de Vano de la Cercha
Uniform Uniforme
Unlock Abrir
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Update Analysis Sections Actualice Secciones del Análisis
Updating Analysis Section will unlock Model
Actualizando Sección del Análisis abrirá el Modelo
Vehicule Classes Clases de Vehículos
Vertical Truss Cercha Vertical
View Vista
View Direction Angle Angulo de Dirección de Vista
Web Thickness Espesor de la Placa
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