diseÑo en acero de edificio
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Universidad Nacional de San Agustin Diseño en Acero y Madera
DISEÑO EN ACERO DE EDIFICIO
1.- Especificaciones para diseño:
En el siguiente trabajo presentamos el diseño estructural en acero A-36 de un edificio el cual presenta las siguientes especificaciones tanto para carga viva, carga muerta y carga ocasionada por sismo que fueron usadas para el diseño respectivo:
- Número de pisos: 10 pisos- Altura de piso: 3.5m- Número de paños: 4- Longitud de paño: 6.5m- Ubicación: Lima- Uso: Biblioteca- Suelo: Intermedio- Carga muerta: 6tonf/m- Carga viva: 40%CM = 2.4tonf/m
Para el cálculo estructural se uso el programa SAP2000 v14 el cual nos arrojo las fuerzas axiales y los momentos actuantes en cada elemento estructural de la edificación, para lo cual tomamos los estados más críticos.
En el caso de las columnas el diseño se avoca a compresión, y en las vigas a flexión, a continuación procedemos a presentar la memoria de cálculo respectiva.
2.- Memoria de cálculo:
Valor máximo de fuerza axial a compresión:
Valor máximo de momento:
Para el cálculo de las fuerzas ejercidas por un efecto sísmico, consideramos el estado estático, entonces a continuación, de acuerdo a las condiciones del edificio, tenemos los siguientes cálculos realizados en MathCad:
Facultad de Ing. Civil 1
Pu 718.9 tonf
Mu 92.4tonf m
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Lima en el mapa de zonas sísmicas del Perú, se encuentra ubicado en la zona 3.Por lo tanto tenemos que Z es igual a:
Z 0.4
Factor de Importancia U clasificado como edificación importante:
U 1.3
Ct 35m
s
Thn
Ct1s
C 2.5Tp
T
1.51.5 2.5 Ok
Factor del Suelo "S":
S 1.2 Suelo intermedio
Coeficiente de Reduccion de solicitaciones sísmicas "R":
R 9.5
Peso total de la estructura "P":
Peso por piso
Pc 6tonf
m6.5 m 4 156 tonf
P Pc 10 1.56 103 tonf
Finalmente, fuerza cortante en la base:
VZ U C S
RP 153.701tonf
C
R0.158
El coeficiente de amplificación Sísmica "C":
Tp 0.6s Suelo intermedio
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hn 35m altura total del edificio
Distribución de la fuerza Sísmica en altura:
a 0.071
s
Fa a T V 10.759tonf
Condición: 0.15V 23.055tonf
18.001tonf 38.573tonf Ok
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Entonces la distribución de la carga en cada nivel sera, sabiendo que la estructura tiene 10 pisos:
Tenemos la siguiente ecuación, de acuerdo a la normal E 030 de DiseñoSismoresistente:
FiPi hi
1
n
j
Pj hj( )
V Fa( )Pi
Donde:
Pi: Peso del nivel "i"hi: altura del nivel "i" con respecto al suelo
Peso de cada nivel
Pn 6tonf
m6.5 m 4 156 tonf
Cálculo del denominador de la ecuación:
h 3.5m altura de piso
1
10
n
h n( )
192.5m
Pt 192.5m Pn 3.003 104 tonf m
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Con estos ya tenemos las fuerzas más críticas de acuerdo al análisis desarrollando en el programa SAP2000
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Fuerzas sísmicas
Fs
hi h i
FiPn hi
PtV Fa( )
Fsi 1 0 "Fuerza Sísmica en el nivel"
Fsi 1 1 Fi
i 1 10for
Fs
Fs
0 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
"Fuerza Sísmica en el nivel" 2.599
"Fuerza Sísmica en el nivel" 5.198
"Fuerza Sísmica en el nivel" 7.797
"Fuerza Sísmica en el nivel" 10.396
"Fuerza Sísmica en el nivel" 12.995
"Fuerza Sísmica en el nivel" 15.594
"Fuerza Sísmica en el nivel" 18.193
"Fuerza Sísmica en el nivel" 20.792
"Fuerza Sísmica en el nivel" 23.391
"Fuerza Sísmica en el nivel" 25.989
tonf
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Sección que podemos escoger es: W14x211 para columnas
Tiene las siguientes propiedades como tal:
Ag1 62.0in2
399.999cm2 área
Ix1 2660in4 rx1 6.55in
Iy1 1030in4 ry1 4.07in
l1 3.5m longitud de la columna
Sección que podemos escoger es: W14x132 para vigas
Tiene las siguientes propiedades como tal:
Ag2 38.8in2
250.322cm2 área
Ix2 1530in4 rx2 6.28in Zx2 234in
3
Iy2 548in4 ry2 3.76in
l2 6.5m longitud de la viga
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Considerando el estado mas critico
la longitud efectiva:
Ga
Iy1
l1
Iy2
l2
3.491 Gb Ga 3.491
Yendo al monograma tenemos: k 1.9
Además de otros parámetros:
E 2.1 106
kgf
cm2
c 0.85 Factor de compresión
Fcrx 2
E
kl1
rx1
21.297 10
81
m2
kgf
Fcry 2
E
kl1
ry1
25.009 10
71
m2
kgf
Fcr min Fcrx Fcry( ) 5.009 103
kgf
cm2
Relación de esbeltez: k l1rx1
39.971
k l1ry1
64.327
cfy
Fcr0.711
c 1.5 1
Entonces: Fcr 0.658c
2
fy 2.048 10
3kgf
cm2
Pn c Fcr Ag1 767.514tonf
767.514tonf 718.9tonf
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Diseño por flexión de las vigas:
Mp fy Zx2 106.94tonf m
b 0.9
Mu b Mp 96.246tonf m
96.246tonf m 92.4tonf m
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3.- Esquematización de las conexiones:
Esta seria la disposición de los perfiles, los podemos unir con ángulos con pernos en las alas de las vigas y las columnas
4.- Conclusiones y Recomendaciones
- El edificio diseñado esta en la capacidad de soportar cargas provocadas por sismos
- El diseño por sismo tiene que ser tomado en cuenta ya que esta edificación se encuentra en una zona vulnerable dentro del mapa del Perú cabiendo resaltar que la costa peruana se encuentra dentro del circulo del fuego muy propenso a la presencia de sismos a causa de la incrustación de la Placa de Nazca
- Podemos recomendar arriostrar el edificio para evitar desplazamientos grandes y así poder optimizar más las secciones calculadas
- Recomendamos el diseño estructural de las conexiones para que estas estén en la capacidad de soportar cargas de sismo
5.- Planos y anexos
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Diseño en Sap2000
Modelo tridimensional del edificio
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Deformada a causa de las cargas
Diagrama de momentos
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Diagrama de fuerzas axiales
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